JP6689100B2 - Mixture, functional layer, photoelectric conversion element and perovskite stabilizer - Google Patents

Mixture, functional layer, photoelectric conversion element and perovskite stabilizer Download PDF

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Description

本発明は、ペロブスカイト型化合物を含有する混合物、機能層、光電変換素子、およびペロブスカイト型化合物の安定化に用いられるペロブスカイト安定化剤に関する。   The present invention relates to a mixture containing a perovskite type compound, a functional layer, a photoelectric conversion element, and a perovskite stabilizer used for stabilizing a perovskite type compound.

太陽電池は、再生可能エネルギーである太陽光を利用性の高い電気エネルギーに変換しうるものとして大きな注目を集めている。太陽電池の光電変換層の材料としてはシリコンが主流であるが、シリコンは高価であるために製造コストが高くなり、このことが太陽電池の普及を妨げる要因になっている。これに対して、最近、有機無機ペロブスカイト型化合物が太陽電池の光電変換材料として期待されている。有機無機ペロブスカイト型化合物は、メチルアンモニウム等の有機カチオンとPb2+等の2価の金属イオンとハロゲンイオンからなり、これらイオンがペロブスカイト(灰チタン石)と同じ結晶構造(ペロブスカイト型構造)を形成するように規則的に配置する化合物であり、例えばヨウ化鉛メチルアンモニウム(CH3NH3PbI3)が知られている。有機無機ペロブスカイト型化合物は、豊富に存在する原料を用いて溶液塗布法により成膜することができるため、太陽電池の低コスト化に大いに貢献できることが見込まれ、光電変換材料としての実用化に向けて盛んに研究が進められている。 A solar cell has been attracting a great deal of attention as it can convert sunlight, which is a renewable energy, into highly usable electric energy. Silicon is the mainstream material for the photoelectric conversion layer of solar cells, but since silicon is expensive, the manufacturing cost is high, which is a factor that prevents the spread of solar cells. On the other hand, organic-inorganic perovskite type compounds have recently been expected as a photoelectric conversion material for solar cells. The organic-inorganic perovskite type compound is composed of an organic cation such as methylammonium, a divalent metal ion such as Pb 2+ and a halogen ion, and these ions form the same crystal structure (perovskite type structure) as perovskite (perovskite). It is a compound that is regularly arranged so that lead methylammonium iodide (CH 3 NH 3 PbI 3 ) is known. Since organic-inorganic perovskite type compounds can be formed into a film by the solution coating method using abundant raw materials, it is expected to contribute greatly to the cost reduction of solar cells, and it will be put to practical use as a photoelectric conversion material. Research is being actively pursued.

ここで、有機無機ペロブスカイト型化合物を用いる太陽電池で開発課題になっているのが、特性の安定性の向上である。すなわち、有機無機ペロブスカイト型太陽電池は、光を連続照射している間に光電変換効率が徐々に低下する光劣化が見られ、特に高湿度環境下において劣化が加速されることが知られている。その原因として下記式で表される反応の関与が考えられており、ヨウ化鉛メチルアンモニウムが、光電変換に不利なペロブスカイト水和物に変換されることや低分子成分へ分解することにより、素子特性の光劣化が生じているものと推測されている(例えば、非特許文献1および2参照)。

Figure 0006689100
これに対して、非特許文献3には、光電変換層を構成するヨウ化鉛メチルアンモニウムの結晶間に、アルキルホスホン酸アンモニウムクロライドによる架橋構造を形成することにより、電池特性の経時劣化が抑制されたことが報告されている。 Here, what is a development subject in the solar cell using the organic-inorganic perovskite type compound is improvement of stability of characteristics. That is, it is known that the organic-inorganic perovskite solar cell undergoes photodegradation in which the photoelectric conversion efficiency gradually decreases during continuous irradiation of light, and the degradation is accelerated especially in a high humidity environment. . The cause is considered to be involved in the reaction represented by the following formula, and lead methylammonium iodide is converted into a perovskite hydrate, which is disadvantageous for photoelectric conversion, or decomposed into a low-molecular component, so that the element It is presumed that photo-deterioration of characteristics occurs (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
Figure 0006689100
On the other hand, in Non-Patent Document 3, by forming a crosslinked structure by ammonium alkylphosphonate chloride between the crystals of lead methylammonium iodide constituting the photoelectric conversion layer, deterioration of battery characteristics over time is suppressed. It has been reported.

P. V. Kamat et al. JACS, 137, 1530 (2015).P. V. Kamat et al. JACS, 137, 1530 (2015). Bertrand Philippe et al. Chem. Mater., 27, 1720 (2015).Bertrand Philippe et al. Chem. Mater., 27, 1720 (2015). Xiong Li et al. NCEM, [online] 17 AUGUST 2015, <URL: http://www.nature.com/naturechemistry>Xiong Li et al. NCEM, [online] 17 AUGUST 2015, <URL: http://www.nature.com/naturechemistry>

一方、本発明者らが、有機無機ペロブスカイト型太陽電池の特性劣化のメカニズムを解明すべく、鋭意検討を進めていたところ、継続的な光照射により、分解反応に引き続いて下記式で表される反応(PbI2→Pb+I2)が進行し、これにより蓄積した金属鉛Pbが経時的な特性劣化の要因になっていることが判明した。すなわち、下記反応により光電変換層に金属鉛が蓄積すると、光電変換層の光励起によってキャリアが生じても、そのキャリアが金属鉛に高い確率でトラップされ、再結合により消滅する。その結果として、電極からのキャリアの回収効率が低くなっていることを明らかにした。 On the other hand, the present inventors have been earnestly studying in order to elucidate the mechanism of characteristic deterioration of the organic-inorganic perovskite type solar cell, and by continuous light irradiation, the decomposition reaction is represented by the following formula. It was found that the reaction (PbI 2 → Pb + I 2 ) proceeded, and the accumulated metallic lead Pb was a factor of characteristic deterioration over time. That is, when metallic lead is accumulated in the photoelectric conversion layer by the following reaction, even if carriers are generated by photoexcitation of the photoelectric conversion layer, the carriers are trapped in metallic lead with a high probability and disappeared by recombination. As a result, it was clarified that the efficiency of carrier recovery from the electrode was low.

Figure 0006689100
Figure 0006689100

上記の非特許文献1および2には、ヨウ化鉛メチルアンモニウムがペロブスカイト水和物(CH3NH3)4PbI6・2H2O)に変換したり、低分子成分(CH3NH2, HI, PbI2)へ分解したりすることで、素子特性が劣化することが記載されている。しかし、各文献には、さらに上記の反応が進行して金属鉛Pbが蓄積し、これが素子特性の劣化を引き起こしていることは記載されていない。また、非特許文献3には、特定のアンモニウム塩でヨウ化鉛メチルアンモニウムの結晶間に架橋構造を形成することにより、経時的な特性劣化が抑制されることが記載されている。しかし、非特許文献3にも、金属鉛Pbに着目した特性劣化のメカニズムは記載されていない。また、上記の架橋構造の形成では金属鉛Pbに起因した特性劣化が抑制されず、素子の長寿命化や高湿度環境下での安定駆動を十分に実現することはできない。 In Non-Patent Documents 1 and 2 above, lead methylammonium iodide is converted to perovskite hydrate (CH 3 NH 3 ) 4 PbI 6 · 2H 2 O) or a low molecular weight component (CH 3 NH 2 , HI) is used. , PbI 2 ) and the device characteristics are degraded. However, it is not described in each document that the above reaction further progresses and metallic lead Pb is accumulated, which causes deterioration of device characteristics. Further, Non-Patent Document 3 describes that deterioration of characteristics over time is suppressed by forming a crosslinked structure between crystals of lead methylammonium iodide with a specific ammonium salt. However, Non-Patent Document 3 also does not describe a mechanism of characteristic deterioration focusing on metallic lead Pb. In addition, the formation of the above-mentioned cross-linking structure does not suppress the characteristic deterioration due to metallic lead Pb, and it is impossible to sufficiently realize the long life of the element and the stable driving in a high humidity environment.

そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、ペロブスカイト型化合物からの金属の生成が抑えられる混合物および機能層、さらにペロブスカイト安定化剤を提供することを目的として検討を進めた。また、素子特性の経時劣化が抑えられ、長寿命であるとともに高湿度環境下でも安定駆動が可能な光電変換素子を提供することを目的として検討を進めた。   Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors have studied for the purpose of providing a mixture and a functional layer in which the generation of a metal from a perovskite compound is suppressed, and a perovskite stabilizer. I advanced. Further, the present inventors have conducted studies for the purpose of providing a photoelectric conversion element which is capable of suppressing deterioration of element characteristics over time, has a long life, and can be stably driven even in a high humidity environment.

上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、ペロブスカイト型化合物にキノン系化合物を混合すると、ペロブスカイト型構造から遊離した金属イオンの金属への還元が効果的に抑制され、金属の生成が抑えられることを見出した。また、この混合物を光電変換層の材料に用いることにより、長寿命であるとともに高湿度環境下でも安定駆動が可能な光電変換素子が得られるとの知見を得た。さらに、キノン系化合物は、ペロブスカイト型化合物の結晶構造や光吸収特性に影響がなく、ペロブスカイト型化合物の安定化剤として好適であることも見出した。具体的に、本発明は、以下の構成を有する。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that when a quinone compound is mixed with a perovskite type compound, the reduction of metal ions released from the perovskite type structure to a metal is effectively suppressed. It was found that the formation of metal is suppressed. Further, it was found that by using this mixture as a material for the photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion element having a long life and capable of stable driving even in a high humidity environment can be obtained. Furthermore, they have found that the quinone-based compound does not affect the crystal structure and light absorption characteristics of the perovskite-type compound and is suitable as a stabilizer for the perovskite-type compound. Specifically, the present invention has the following configurations.

[1] キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含有する混合物。
[2] 前記キノン系化合物は、6員環のキノン骨格を有する化合物である[1]に記載の混合物。
[3] 前記キノン系化合物が、下記一般式(1−1)〜(1−3)のいずれかで表される化合物である[1]または[2]に記載の混合物。

Figure 0006689100
(一般式(1−1)〜(1−3)において、R1〜R4は各々独立に水素原子または置換基を表す。R1とR2、R3とR4はそれぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。)
[4] 前記一般式(1−1)〜(1−3)のR1〜R4が水素原子である[3]に記載の混合物。
[5] 前記ペロブスカイト型化合物は、有機無機ペロブスカイト型化合物である[1]〜[4]のいずれか1項に記載の混合物
[6] 前記有機無機ペロブスカイト型化合物は、ヨウ化鉛系ペロブスカイト型化合物である[5]に記載の混合物。
[7] 前記有機無機ペロブスカイト型化合物は、下記一般式(2)または下記一般式(3)で表される化合物である[5]に記載の混合物。
一般式(2)
ABX3
[一般式(2)において、Aは有機カチオンを表し、Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。3つのXは互いに同じであっても異なっていてもよい]
一般式(3)
2 21 n-1n3n+1
[一般式(3)において、A1は有機カチオンを表し、A2は、A1が表す有機カチオンよりも炭素数が大きい有機カチオンを表す。Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。nは1〜10の整数である。複数のA2同士および複数のX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。A1およびBがそれぞれ複数存在するとき、A1同士およびX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。]
[8] 前記一般式(2)のAおよび前記一般式(3)のA1は、下記一般式(4)で表されるアンモニウムである[7]に記載の混合物。
一般式(4)
(R10 4N)+
[一般式(4)において、R10は水素原子または置換もしくは無置換のアルキル基を表し、4つのR10の少なくとも1つは置換もしくは無置換のアルキル基である。]
[9] 前記一般式(4)のR10はメチル基である[8]に記載の混合物。
[10] 前記一般式(3)のA2は、下記一般式(5)で表されるアンモニウムである[7]〜[9]のいずれか1項に記載の混合物。
一般式(5)
(R11 4N)+
[一般式(5)において、R11は水素原子または置換基を表し、4つのR11の少なくとも1つは、炭素数が2以上の置換基である。]
[11] 前記一般式(2)および前記一般式(3)のBはPb2+である[7]〜[10]のいずれか1項に記載の混合物。
[12] 前記一般式(2)または前記一般式(3)のXはI-である[7]〜[11]のいずれか1項に記載の混合物。
[13] 前記有機無機ペロブスカイト型化合物は、前記一般式(2)で表される化合物である[7]〜[12]のいずれか1項に記載の混合物
[14] 前記混合物における前記キノン系化合物の含有量が、前記ペロブスカイト型化合物とのモル比([キノン系化合物]/[ペロブスカイト型化合物])で1/200以上である[1]〜[13]のいずれか1項に記載の混合物。 [1] A mixture containing a quinone compound and a perovskite compound.
[2] The mixture according to [1], wherein the quinone compound is a compound having a 6-membered quinone skeleton.
[3] The mixture according to [1] or [2], wherein the quinone compound is a compound represented by any of the following general formulas (1-1) to (1-3).
Figure 0006689100
(In formulas (1-1) to (1-3), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. R 1 and R 2 , and R 3 and R 4 are bonded to each other. It may form a ring structure.)
[4] The mixture according to [3], wherein R 1 to R 4 in the general formulas (1-1) to (1-3) are hydrogen atoms.
[5] The mixture according to any one of [1] to [4], wherein the perovskite-type compound is an organic-inorganic perovskite-type compound [6] The organic-inorganic perovskite-type compound is a lead iodide-based perovskite-type compound The mixture according to [5].
[7] The mixture according to [5], wherein the organic-inorganic perovskite compound is a compound represented by the following general formula (2) or the following general formula (3).
General formula (2)
ABX 3
[In the general formula (2), A represents an organic cation, B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. The three Xs may be the same or different from each other]
General formula (3)
A 2 2 A 1 n-1 B n X 3n + 1
[In the general formula (3), A 1 represents an organic cation, and A 2 represents an organic cation having a carbon number larger than that of the organic cation represented by A 1 . B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. n is an integer of 1-10. The plurality of A 2's and the plurality of X's may be the same or different from each other. When a plurality of A 1 and B are present, A 1's and X's may be the same or different from each other. ]
[8] The mixture according to [7], wherein A in the general formula (2) and A 1 in the general formula (3) are ammonium represented by the following general formula (4).
General formula (4)
(R 10 4 N) +
[In the general formula (4), R 10 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group, and at least one of the four R 10 is a substituted or unsubstituted alkyl group. ]
[9] The mixture according to [8], wherein R 10 in the general formula (4) is a methyl group.
[10] The mixture according to any one of [7] to [9], wherein A 2 in the general formula (3) is ammonium represented by the following general formula (5).
General formula (5)
(R 11 4 N) +
[In General Formula (5), R 11 represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of the four R 11 is a substituent having 2 or more carbon atoms. ]
[11] The mixture according to any one of [7] to [10], wherein B in the general formula (2) and the general formula (3) is Pb 2+ .
[12] The mixture according to any one of [7] to [11], wherein X in the general formula (2) or the general formula (3) is I .
[13] The organic-inorganic perovskite-type compound is the compound represented by any one of [7] to [12], which is a compound represented by the general formula (2). [14] The quinone-based compound in the mixture. The mixture according to any one of [1] to [13], wherein the content thereof is 1/200 or more in a molar ratio with the perovskite type compound ([quinone compound] / [perovskite compound]).

[15] [1]〜[14]のいずれか1項に記載の混合物からなる機能層。
[16] 光電変換層である[17]に記載の機能層。
[15] A functional layer comprising the mixture according to any one of [1] to [14].
[16] The functional layer according to [17], which is a photoelectric conversion layer.

[17] キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含む層を有する光電変換素子。
[18] 前記キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含む層が、[1]〜[14]のいずれか1項に記載の混合物からなる請求項15に記載の光電変換素子。
[19] 前記キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含む層が光電変換層である[17]または[18]に記載の光電変換素子。
[20] 前記ペロブスカイト型化合物がPb2+を含有するものであり、温度298K相対湿度50%の条件で100mW/cm2の白色光を1000時間照射した後の、前記キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含む層における金属鉛の含有量が10%以下である[17]〜[19]のいずれか1項に記載の光電変換素子。
[17] A photoelectric conversion device having a layer containing a quinone compound and a perovskite compound.
[18] The photoelectric conversion element according to claim 15, wherein the layer containing the quinone-based compound and the perovskite-type compound comprises the mixture according to any one of [1] to [14].
[19] The photoelectric conversion element according to [17] or [18], wherein the layer containing the quinone compound and the perovskite compound is a photoelectric conversion layer.
[20] The perovskite-type compound contains Pb 2+ , and the quinone-based compound and the perovskite-type compound after irradiation with white light of 100 mW / cm 2 for 1000 hours under the condition of a temperature of 298 K and a relative humidity of 50% The photoelectric conversion element according to any one of [17] to [19], wherein the content of metallic lead in the layer containing is 10% or less.

[21] キノン系化合物を含むペロブスカイト安定化剤。
[22] 前記キノン系化合物が、下記一般式(1−1)〜(1−3)のいずれかで表される化合物である[21]に記載のペロブスカイト安定化剤。

Figure 0006689100
(一般式(1−1)〜(1−3)において、R1〜R4は各々独立に水素原子または置換基を表す。R1とR2、R3とR4はそれぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。) [21] A perovskite stabilizer containing a quinone compound.
[22] The perovskite stabilizer according to [21], wherein the quinone compound is a compound represented by any one of the following general formulas (1-1) to (1-3).
Figure 0006689100
(In formulas (1-1) to (1-3), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. R 1 and R 2 , and R 3 and R 4 are bonded to each other. It may form a ring structure.)

本発明の混合物は、ペロブスカイト型化合物とともにキノン系化合物を含有することにより、ペロブスカイト型化合物から遊離した金属イオンの還元が、キノン系化合物の酸化作用により効果的に抑制され、金属の生成が抑えられる。また、本発明の光電変換素子によれば、ペロブスカイト型化合物を含む層がキノン系化合物を含むため、その層内での金属の生成、これに起因した特性の経時劣化が顕著に抑えられる。その結果、長寿命であるとともに高湿度環境下でも安定駆動が可能な光電変換素子を実現することができる。   The mixture of the present invention contains a quinone-based compound together with a perovskite-type compound, whereby the reduction of metal ions liberated from the perovskite-type compound is effectively suppressed by the oxidation action of the quinone-based compound, and the generation of metal is suppressed. . Further, according to the photoelectric conversion element of the present invention, since the layer containing the perovskite type compound contains the quinone compound, the generation of metal in the layer and the deterioration of the characteristics over time due to the metal are significantly suppressed. As a result, it is possible to realize a photoelectric conversion element which has a long life and can be stably driven even in a high humidity environment.

光電変換素子の層構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the example of a layer structure of a photoelectric conversion element. 実施例1で形成したヨウ化鉛メチルアンモニウムとベンゾキノンを含有する光電変換層と、比較例1で形成したヨウ化鉛メチルアンモニウムを含有する光電変換層のX線回折スペクトルである。3 is an X-ray diffraction spectrum of a photoelectric conversion layer containing lead methylammonium iodide and benzoquinone formed in Example 1 and a photoelectric conversion layer containing lead methylammonium iodide formed in Comparative Example 1. 実施例1で形成したヨウ化鉛メチルアンモニウムとベンゾキノンを含有する光電変換層と、比較例1で形成したヨウ化鉛メチルアンモニウムを含有する光電変換層の光吸収スペクトルである。3 is a light absorption spectrum of a photoelectric conversion layer containing lead methylammonium iodide and benzoquinone formed in Example 1 and a photoelectric conversion layer containing lead methylammonium iodide formed in Comparative Example 1. 実施例1のヨウ化鉛メチルアンモニウムとベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子と、比較例1のヨウ化鉛メチルアンモニウムを光電変換層に含有する光電変換素子の初期の素子特性を示すグラフである。The graph which shows the initial element characteristic of the photoelectric conversion element which contains lead methylammonium iodide and benzoquinone of Example 1 in the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion element which contains lead methylammonium iodide of Comparative Example 1 in the photoelectric conversion layer. Is. 実施例1のヨウ化鉛メチルアンモニウムとベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子と、比較例1のヨウ化鉛メチルアンモニウムを光電変換層に含有する光電変換素子の光電変換効率の経時変化を示すグラフである。The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide and benzoquinone of Example 1 in the photoelectric conversion layer and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 containing lead methylammonium iodide in the photoelectric conversion layer were changed with time. It is a graph shown. 実施例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムとベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子と、比較例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムを光電変換層に含有する光電変換素子の初期の素子特性を示すグラフである。The graph which shows the initial element characteristic of the photoelectric conversion element which contains the lead methylammonium iodide and benzoquinone of Example 2 in the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion element which contains the lead methylammonium iodide of the comparative example 2 in the photoelectric conversion layer. Is. 実施例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムとベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子と、比較例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムを光電変換層に含有する光電変換素子について、白色光を連続照射したときの光電変換効率の経時変化を示すグラフである。The photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide and benzoquinone in Example 2 in the photoelectric conversion layer and the photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide in Comparative Example 2 in the photoelectric conversion layer were continuously irradiated with white light. It is a graph which shows the time-dependent change of the photoelectric conversion efficiency at this time. 実施例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムと0.5%のベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子と、比較例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムを光電変換層に含有する光電変換素子について、疑似太陽光を連続照射したときの光電変換効率の経時変化を示すグラフである。Regarding the photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide and 0.5% benzoquinone in the photoelectric conversion layer of Example 2 and the photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide in the photoelectric conversion layer of Comparative Example 2, pseudo It is a graph which shows the time-dependent change of the photoelectric conversion efficiency at the time of continuous irradiation of sunlight. 実施例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムと0.5%のベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子について、疑似太陽光を連続照射したときの各種素子特性の経時変化を示すグラフである。5 is a graph showing changes over time in various device characteristics when continuous irradiation of pseudo sunlight is performed on the photoelectric conversion device containing lead methylammonium iodide and 0.5% benzoquinone of Example 2 in the photoelectric conversion layer. 実施例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムと0.5%のベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子について、順方向と逆方向に電圧を印加して測定した電流密度−電圧特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing current density-voltage characteristics of a photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide and 0.5% benzoquinone of Example 2 in a photoelectric conversion layer, measured by applying a voltage in the forward direction and the reverse direction. is there. ベンゾキノン、ハイドロキノンまたはテトラシアノキノジメタンを添加剤として含むヨウ化鉛メチルアンモニウムのフィルム、添加剤を含まないヨウ化鉛メチルアンモニウムのフィルム、および、添加剤を含まないヨウ化鉛メチルアンモニウムのフィルムにC60層を積層した積層体の発光スペクトルである。Lead methylammonium iodide film containing benzoquinone, hydroquinone or tetracyanoquinodimethane as an additive, lead methylammonium iodide film containing no additive, and lead methylammonium iodide film containing no additive It is an emission spectrum of the laminated body which laminated | stacked C60 layer. 実施例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムと0.5%のベンゾキノンを光電変換層に含有する光電変換素子、比較例2のヨウ化鉛メチルアンモニウムを光電変換層に含有する光電変換素子、比較例3のヨウ化鉛メチルアンモニウムとハイドロキノンを光電変換層に含有する光電変換素子、および、比較例4のヨウ化鉛メチルアンモニウムとテトラシアノキノジメタンを光電変換層に含有する光電変換素子の電流密度−電圧特性を示すグラフである。A photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide of Example 2 and 0.5% benzoquinone in a photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide of Comparative Example 2 in a photoelectric conversion layer, Comparative Example 3 Of the photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide and hydroquinone in the photoelectric conversion layer, and the current density of the photoelectric conversion element containing lead methylammonium iodide and tetracyanoquinodimethane of Comparative Example 4 in the photoelectric conversion layer- It is a graph which shows a voltage characteristic.

以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In addition, in this specification, the numerical range represented using "-" means the range which includes the numerical value described before and after "-" as a lower limit and an upper limit.

<混合物>
本発明の混合物は、キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含有するものである。
ペロブスカイト型化合物は、それ単体で放置すると、徐々に分解して金属ハロゲン化物を遊離し、その金属ハロゲン化物の金属イオンが還元される結果、金属が生成する。これに対して、本発明の混合物は、ペロブスカイト型化合物とともにキノン系化合物を含有することにより、ペロブスカイト型化合物から遊離した金属イオンの還元がキノン系化合物の酸化作用によって抑制され、金属の生成が抑えられる。このため、この混合物では、ペロブスカイト型化合物による優れた光電変換性能を長期間に亘って安定に得ることができる。
以下において、この混合物を構成する各成分について詳細に説明する。
<Mixture>
The mixture of the present invention contains a quinone compound and a perovskite type compound.
When the perovskite type compound is left alone, it is gradually decomposed to release a metal halide, and the metal ion of the metal halide is reduced, so that a metal is produced. On the other hand, the mixture of the present invention contains the quinone compound together with the perovskite type compound, whereby the reduction of the metal ion liberated from the perovskite type compound is suppressed by the oxidative action of the quinone compound, and the generation of metal is suppressed. To be Therefore, in this mixture, excellent photoelectric conversion performance of the perovskite type compound can be stably obtained for a long period of time.
Below, each component which comprises this mixture is demonstrated in detail.

(キノン系化合物)
キノン系化合物は、1,4−ベンゾキノンを例にした下記反応式に示すように、電子を受容して比較的容易にハイドロキノンに還元される。その際、キノン系化合物は、周囲から電子を奪うため、ペロブスカイト型化合物から遊離した金属イオンの還元を抑制する酸化剤として機能し、混合物中での金属の生成を抑えてペロブスカイト型化合物の性能を安定化する作用を奏する。また、キノン系化合物は、特に水とのなじみがよいため、高湿度環境下でもペロブスカイト型化合物の性能劣化を防げることができるうえ、少量で効果を発揮するという添加剤として優れた特性を有する。しかも、キノン系化合物は、ペロブスカイト型化合物の結晶構造や光吸収特性、さらには光電変換素子の他の特性にも悪影響を及ぼさず、ペロブスカイト型化合物の安定化剤として極めて有用性が高い。
(Quinone compound)
The quinone-based compound accepts an electron and is relatively easily reduced to hydroquinone, as shown in the following reaction formula using 1,4-benzoquinone as an example. At that time, since the quinone-based compound robs an electron from the surroundings, it functions as an oxidant that suppresses the reduction of the metal ion released from the perovskite-type compound, and suppresses the formation of metal in the mixture to improve the performance of the perovskite-type compound. It has a stabilizing effect. In addition, since the quinone compound is particularly well compatible with water, it can prevent performance deterioration of the perovskite type compound even in a high humidity environment, and has an excellent property as an additive that it exhibits an effect even in a small amount. Moreover, the quinone-based compound does not adversely affect the crystal structure and light absorption characteristics of the perovskite-type compound and other characteristics of the photoelectric conversion element, and is extremely useful as a stabilizer for the perovskite-type compound.

Figure 0006689100
Figure 0006689100

キノン系化合物は、芳香族炭化水素の2つの水素原子がそれぞれ酸素原子で置換されてカルボニル基(−C(=O)−)が形成されたキノン骨格を有する。キノン骨格の環員数は、特に制限されないが、3〜8員環であることが好ましく、5〜7員環であることがより好ましい。キノン骨格における2つのカルボニル基の位置は特に制限されず、隣合う位置であってもよいし、1つ以上の環員を挟んだ位置であってもよい。例えば、6員環のキノン骨格である場合、2つのカルボニル基はo位およびp位のいずれに存在していてもよい。p−キノン類の方が、o−キノン類よりも分解が生じ難く取扱い易いという利点があるが、いずれも金属イオンの還元を抑制する酸化剤として機能させることができる。キノン系化合物は、キノン骨格に他の環が縮合した多環縮合構造を有していてもよい。キノン骨格に縮合する環は、特に限定されず、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素環、ヘテロ芳香環、脂肪族ヘテロ環等のいずれであってもよいが、芳香族炭化水素または脂肪族炭化水素環であることが好ましく、芳香族炭化水素であることがより好ましい。
本発明で用いるキノン系化合物は、下記一般式(1−1)〜(1−3)のいずれかで表される化合物であることが好ましい。
The quinone-based compound has a quinone skeleton in which two hydrogen atoms of an aromatic hydrocarbon are respectively substituted with oxygen atoms to form a carbonyl group (-C (= O)-). The number of ring members in the quinone skeleton is not particularly limited, but it is preferably a 3- to 8-membered ring, and more preferably a 5- to 7-membered ring. The positions of the two carbonyl groups in the quinone skeleton are not particularly limited, and may be positions adjacent to each other or positions sandwiching one or more ring members. For example, in the case of a 6-membered quinone skeleton, the two carbonyl groups may be present at either the o-position or the p-position. The p-quinones have an advantage over the o-quinones in that decomposition is less likely to occur and are easier to handle, but any of them can function as an oxidizing agent that suppresses reduction of metal ions. The quinone compound may have a polycyclic condensed structure in which another ring is condensed in the quinone skeleton. The ring condensed to the quinone skeleton is not particularly limited, and may be any of aromatic hydrocarbon, aliphatic hydrocarbon ring, heteroaromatic ring, aliphatic heterocycle, etc., but aromatic hydrocarbon or aliphatic hydrocarbon ring It is preferably a hydrogen ring, and more preferably an aromatic hydrocarbon.
The quinone compound used in the present invention is preferably a compound represented by any of the following general formulas (1-1) to (1-3).

Figure 0006689100
Figure 0006689100

一般式(1−1)〜(1−3)において、R1〜R4は各々独立に水素原子または置換基を表す。
1〜R4のうちの置換基の数は、特に限定されないが、4つ以下であることが好ましく、2つ以下であることがより好ましく、0であることがさらに好ましい。キノン系化合物は置換基の数が少ない程、ペロブスカイト型化合物の結晶構造や光吸収特性への影響が小さくなり、水との馴染みもよくなる傾向がある。一方、R1〜R4に導入する置換基の種類や数を選択することにより、キノン系化合物の酸化力を制御することができる。よって、R1〜R4のうちの置換基の数や採用する置換基の種類は、特性への影響と酸化力との兼ね合いで選択することが好ましい。
In formulas (1-1) to (1-3), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or a substituent.
The number of substituents in R 1 to R 4 is not particularly limited, but is preferably 4 or less, more preferably 2 or less, and further preferably 0. The smaller the number of substituents of the quinone compound, the smaller the influence on the crystal structure and the light absorption characteristics of the perovskite type compound, and the better the compatibility with water. On the other hand, the oxidizing power of the quinone-based compound can be controlled by selecting the type and number of the substituents introduced into R 1 to R 4 . Therefore, it is preferable to select the number of substituents among R 1 to R 4 and the kind of the substituents to be adopted in consideration of the influence on the characteristics and the oxidizing power.

1〜R4がとりうる置換基として、例えばハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル置換アミノ基、炭素数6〜40のアリール基等を挙げることができる。これらの具体例のうち、さらに置換基により置換可能なものは、これらの置換基で置換されていてもよい。このうち、アルキル基、アルコキシ基、アルキル置換アミノ基、アリール基等のo−、p−配向性の置換基は、キノン系化合物の酸化力を低くする傾向があり、シアノ基やニトロ基等のm−配向性の置換基はキノン系化合物の酸化力を高くする傾向がある。ハロゲン原子はo−、p−配向性であるが、その電子吸引性によりキノン系化合物の酸化力を高くする傾向がある。 Examples of the substituent that R 1 to R 4 may have include a halogen atom, a cyano group, a nitro group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and an alkyl-substituted amino group having 1 to 20 carbon atoms. , An aryl group having 6 to 40 carbon atoms, and the like. Among these specific examples, those substitutable with a substituent may be substituted with these substituents. Of these, an o- or p-oriented substituent such as an alkyl group, an alkoxy group, an alkyl-substituted amino group, or an aryl group tends to lower the oxidative power of a quinone-based compound, such as a cyano group or a nitro group. The m-oriented substituent tends to increase the oxidizing power of the quinone compound. The halogen atom has an o- or p-orientation, but its electron withdrawing property tends to increase the oxidizing power of the quinone compound.

1とR2、R3とR4は、互いに結合して環状構造を形成していてもよい。環状構造は芳香環であっても脂肪環であってもよく、またヘテロ原子を含むものであってもよく、さらに環状構造は2環以上の縮合環であってもよい。ここでいうヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択されるものであることが好ましい。形成される環状構造の例として、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、イミダゾリン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環、シクロペンタエン環、シクロヘプタトリエン環、シクロヘプタジエン環、シクロヘプタエン環などを挙げることができ、さらに置換基で置換されていてもよい。置換基の具体例については、上記のR1〜R4がとりうる置換基の具体例を参照することができる。これらの環状構造のうち、ペロブスカイト型化合物の結晶構造や光吸収特性への影響が小さいことが予測されることから、芳香族炭化水素または脂肪族炭化水素環であることが好ましく、芳香族炭化水素であることがより好ましく、ベンゼン環であることがさらに好ましい。キノン骨格にベンゼン環が縮合したキノン系化合物の例として、置換もしくは無置換のアントラキノン、置換もしくは無置換のナフトキノン等を挙げることができる。
以上のキノン系化合物は1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
R 1 and R 2 , and R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a cyclic structure. The cyclic structure may be an aromatic ring or an alicyclic ring, may contain a hetero atom, and the cyclic structure may be a condensed ring having two or more rings. The hetero atom referred to herein is preferably selected from the group consisting of nitrogen atom, oxygen atom and sulfur atom. Examples of the formed cyclic structure include benzene ring, naphthalene ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, imidazole ring, pyrazole ring, triazole ring, imidazoline ring, oxazole ring, isoxazole ring, thiazole. Examples thereof include a ring, an isothiazole ring, a cyclohexadiene ring, a cyclohexene ring, a cyclopentaene ring, a cycloheptatriene ring, a cycloheptadiene ring and a cycloheptaene ring, which may be further substituted with a substituent. For specific examples of the substituents, the specific examples of the substituents that R 1 to R 4 can take can be referred to. Among these cyclic structures, aromatic hydrocarbon or aliphatic hydrocarbon ring is preferable, and aromatic hydrocarbon ring is preferable, because the influence on the crystal structure and light absorption characteristics of the perovskite type compound is expected to be small. Is more preferable, and a benzene ring is still more preferable. Examples of the quinone compound in which the benzene ring is condensed to the quinone skeleton include substituted or unsubstituted anthraquinone, substituted or unsubstituted naphthoquinone, and the like.
The above quinone compounds may be used alone or in combination of two or more.

混合物におけるキノン系化合物の含有量は、ペロブスカイト型化合物とのモル比([キノン系化合物]/[ペロブスカイト型化合物])で1/200以上であることが好ましく、1/200〜1/20であることが好ましく、1/200〜1/100であることがより好ましく、1/200〜1/150であることがさらに好ましい。これにより、ペロブスカイト型化合物の特性への影響を抑えつつ、ペロブスカイト型化合物から遊離した金属イオンの還元を効果的に抑制することができる。   The content of the quinone compound in the mixture is preferably 1/200 or more, and preferably 1/200 to 1/20, in terms of molar ratio with the perovskite compound ([quinone compound] / [perovskite compound]). It is preferable that it is 1/200 to 1/100, more preferably 1/200 to 1/150. This makes it possible to effectively suppress the reduction of metal ions released from the perovskite-type compound while suppressing the influence on the properties of the perovskite-type compound.

(ペロブスカイト型化合物)
ペロブスカイト型化合物は、光照射により励起され、空間的に分離した正孔と電子(キャリア)を生ずる機能を有する。
ペロブスカイト型化合物は、有機無機ペロブスカイト型化合物であることが好ましい。有機無機ペロブスカイト型化合物は、有機カチオンAと金属イオンBとハロゲンイオンXからなるペロブスカイト型構造を有する化合物であり、有機カチオンAの有機基や金属イオンB、ハロゲンイオンXを変えることで、その構造や物性を緻密に制御することができる。また、ハロゲン化アンモニウムや金属ハロゲン化物等の豊富に存在する原料を用い、溶液塗布法により簡単に成膜することができるため、光電変換素子の低コスト化に有利である。中でも、ヨウ化鉛系ペロブスカイト型化合物を用いることが好ましい。
(Perovskite type compound)
The perovskite type compound has a function of being excited by light irradiation and generating holes and electrons (carriers) which are spatially separated.
The perovskite type compound is preferably an organic-inorganic perovskite type compound. The organic-inorganic perovskite-type compound is a compound having a perovskite-type structure composed of an organic cation A, a metal ion B, and a halogen ion X. By changing the organic group of the organic cation A, the metal ion B, or the halogen ion X, the structure is changed. And the physical properties can be precisely controlled. In addition, since it is possible to easily form a film by a solution coating method using abundant raw materials such as ammonium halides and metal halides, it is advantageous in reducing the cost of the photoelectric conversion element. Above all, it is preferable to use a lead iodide-based perovskite compound.

また、有機無機ペロブスカイト型化合物は、下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(2)
ABX3
The organic / inorganic perovskite type compound is preferably a compound represented by the following general formula (2).
General formula (2)
ABX 3

一般式(2)において、Aは有機カチオンを表し、Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。3つのXは互いに同じであっても異なっていてもよい。
一般式(2)で表される化合物は、立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点に有機カチオンAが配置し、体心に金属イオンBが配置し、立方晶の各面心にハロゲンイオンXが配置した立方晶ペロブスカイト構造を形成する。ここで、金属イオンBとハロゲンイオンXの無機骨格により八面体が形成されている。
In the general formula (2), A represents an organic cation, B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. The three Xs may be the same as or different from each other.
The compound represented by the general formula (2) has a cubic unit cell, an organic cation A is arranged at each vertex of the cubic crystal, a metal ion B is arranged at the body center, and each face of the cubic crystal is arranged. A cubic perovskite structure in which halogen ions X are arranged in the center is formed. Here, an octahedron is formed by the inorganic skeleton of the metal ion B and the halogen ion X.

Aで表される有機カチオンとしては、特に限定されないが、下記一般式(4)で表されるアンモニウムであることが好ましい。
一般式(4)
(R10 4N)+
The organic cation represented by A is not particularly limited, but ammonium represented by the following general formula (4) is preferable.
General formula (4)
(R 10 4 N) +

一般式(4)において、R10は水素原子または置換もしくは無置換のアルキル基を表し、4つのR10の少なくとも1つは置換もしくは無置換のアルキル基である。4つのR10のうちの置換もしくは無置換のアルキル基の数は、1または2つであることが好ましく、1つであることがより好ましい。すなわち、アンモニウムを構成する4つのR10は、その1つが置換基であって、残りは水素原子であることが好ましい。R10のうちの2つ以上が置換もしくは無置換のアルキル基であるとき、複数の置換もしくは無置換のアルキル基は互いに同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。置換もしくは無置換のアルキル基の炭素数(置換アルキル基である場合には置換基も含めた炭素数)は、特に制限されないが、1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。すなわち、アンモニウムを構成する4つのR10は、その1つがメチル基であって残りが水素原子であることが最も好ましい。これにより、アンモニウム(R10 4N)+を、ペロブスカイト構造の立方晶の頂点に容易に配置させることができる。R10が置換アルキル基であるとき、アルキル基に置換する置換基としては、特に限定されないが、フェニル基、ナフタレン基等を挙げることができる。
Aで表される有機カチオンとしては、アンモニウムの他に、セシウム、ホルムアミジニウム等も用いることができる。
In formula (4), R 10 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group, and at least one of the four R 10 is a substituted or unsubstituted alkyl group. The number of substituted or unsubstituted alkyl groups among the four R 10 is preferably 1 or 2, and more preferably 1. That is, it is preferable that one of the four R 10 constituting ammonium is a substituent and the remaining is a hydrogen atom. When two or more of R 10 are substituted or unsubstituted alkyl groups, the plurality of substituted or unsubstituted alkyl groups may be the same or different, but are preferably the same. The number of carbon atoms of the substituted or unsubstituted alkyl group (the number of carbon atoms including the substituent in the case of a substituted alkyl group) is not particularly limited, but is preferably 1 to 20, and preferably 1 to 10. More preferably, it is even more preferably 1. That is, it is most preferable that one of the four R 10 constituting ammonium is a methyl group and the other is a hydrogen atom. Thereby, ammonium (R 10 4 N) + can be easily arranged at the apex of the cubic crystal of the perovskite structure. When R 10 is a substituted alkyl group, the substituent that substitutes the alkyl group is not particularly limited, and examples thereof include a phenyl group and a naphthalene group.
As the organic cation represented by A, cesium, formamidinium, or the like can be used in addition to ammonium.

Bで表される2価の金属イオンとしては、Cu2+,Ni2+,Mn2+,Fe2+、Co2+、Pd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+、Eu2+等を挙げることができ、Sn2+、Pb2+であることが好ましく、Pb2+であることがより好ましい。
Xで表されるハロゲンイオンとしては、F、Cl、Br、Iの各イオンを挙げることができる。3つのXが表すハロゲンイオンは、全て同じであってもよいし、2または3種類のハロゲンイオンの組み合わせであってもよい。好ましいのは、3つのXが全て同じハロゲンイオンの場合であり、3つのXが全てI-であることがより好ましい。
The divalent metal ions represented by B include Cu 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Pd 2+ , Ge 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , Eu. 2+ and the like can be mentioned, and Sn 2+ and Pb 2+ are preferable, and Pb 2+ is more preferable.
Examples of the halogen ion represented by X include F, Cl, Br, and I ions. The three halogen ions represented by X may be the same, or may be a combination of two or three types of halogen ions. Preferred is the case where all three X are the same halogen ion, and it is more preferred that all three X are I .

一般式(2)で表される有機無機ペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3SnI3、CH3NH3SnCl3、CH3NH3SnBr3を挙げることができ、CH3NH3PbI3であることが好ましい。ただし、本発明において用いることができる有機無機ペロブスカイト型化合物は、これらの化合物によって限定的に解釈されることはない。 Preferred specific examples of the organic-inorganic perovskite type compound represented by the general formula (2) include CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 SnI 3 , and CH 3. NH 3 SnCl 3, CH 3 NH 3 SnBr 3 can be mentioned, preferably a CH 3 NH 3 PbI 3. However, the organic-inorganic perovskite type compound that can be used in the present invention is not limitedly interpreted by these compounds.

有機無機ペロブスカイト型化合物は、下記一般式(3)で表される化合物であることも好ましい。
一般式(3)
2 21 n-1n3n+1
The organic-inorganic perovskite type compound is also preferably a compound represented by the following general formula (3).
General formula (3)
A 2 2 A 1 n-1 B n X 3n + 1

一般式(3)のA2は、A1よりも炭素数が大きい有機カチオンを表す。一般式(3)のBおよびXは、一般式(2)のBおよびXとそれぞれ同義であり、一般式(3)のA1は一般式(2)のAと同義である。一般式(3)のA1、B、Xの好ましい範囲と具体例については、一般式(2)のA、B、Xの好ましい範囲と具体例をそれぞれ参照することができる。ここで、2つのA2同士および複数のX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。A1およびBがそれぞれ複数存在するとき、A1同士およびX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。 A 2 in the general formula (3) represents an organic cation having a carbon number larger than that of A 1 . B and X in the general formula (3) have the same meanings as B and X in the general formula (2), respectively, and A 1 in the general formula (3) has the same meaning as A in the general formula (2). For the preferred ranges and specific examples of A 1 , B and X in the general formula (3), the preferred ranges and specific examples of A, B and X in the general formula (2) can be referred to. Here, the two A 2 s and the plurality of X s may be the same or different from each other. When a plurality of A 1 and B are present, A 1's and X's may be the same or different from each other.

一般式(3)で表される化合物は、八面体をなす無機骨格Bn3n+1により構成された無機層と有機カチオンA2により構成された有機層とが交互に積層した層状構造を形成する。nは各無機層における八面体の積層数に対応し、1〜100の整数である。nが2以上であるとき、各八面体間の立方晶の頂点に対応する位置に有機カチオンA1が配置する。 The compound represented by the general formula (3) has a layered structure in which an inorganic layer composed of an octahedral inorganic skeleton B n X 3n + 1 and an organic layer composed of an organic cation A 2 are alternately laminated. Form. n corresponds to the number of stacked octahedra in each inorganic layer and is an integer of 1 to 100. When n is 2 or more, the organic cation A 1 is arranged at the position corresponding to the apex of the cubic crystal between the octahedra.

2で表される有機カチオンは、A1よりも炭素数が大きい有機カチオンであり、下記一般式(5)で表されるアンモニウムであることが好ましい。
一般式(5)
(R11 4N)+
The organic cation represented by A 2 is an organic cation having a carbon number larger than that of A 1 , and is preferably ammonium represented by the following general formula (5).
General formula (5)
(R 11 4 N) +

一般式(5)において、R11は水素原子または置換基を表し、4つのR11の少なくとも1つは、炭素数が2以上の置換基である。4つのR1のうちの、炭素数が2以上の置換基の数は、1または2つであることが好ましく、1つであることがより好ましい。すなわち、アンモニウムを構成する4つのR11は、その1つが炭素数2以上の置換基であって、残りは水素原子であることが好ましい。R11のうちの2つ以上が置換基であるとき、複数の置換基同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。炭素数が2以上の置換基としては、特に限定されないが、アルキル基、アリール基、
フェニル基、ナフチル基等を挙げることができ、これらの置換基は、さらにアルキル基、アリール基、フェニル基、ナフチル基等で置換されていてもよい。炭素数が2以上の置換基の炭素数は、アルキル基では2〜30であることが好ましく、2〜20であることがより好ましく、2〜10であることがさらに好ましい。アリール基では、6〜30であることが好ましく、6〜20であることがより好ましく、6〜10であることがさらに好ましい。有機層の厚さは、R11で表される置換基の長軸長(例えば、アルキル基の鎖長)に応じて制御され、これにより、この混合物により構成される機能層の特性を制御することができる。
In formula (5), R 11 represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of the four R 11 is a substituent having 2 or more carbon atoms. Of the four R 1 , the number of substituents having 2 or more carbon atoms is preferably 1 or 2, and more preferably 1. That is, it is preferable that one of the four R 11 constituting ammonium is a substituent having 2 or more carbon atoms and the remaining is a hydrogen atom. When two or more of R 11 are substituents, the plurality of substituents may be the same or different. The substituent having 2 or more carbon atoms is not particularly limited, but an alkyl group, an aryl group,
Examples thereof include a phenyl group and a naphthyl group, and these substituents may be further substituted with an alkyl group, an aryl group, a phenyl group, a naphthyl group or the like. The alkyl group preferably has 2 to 30 carbon atoms, more preferably has 2 to 20 carbon atoms, and further preferably has 2 to 10 carbon atoms. In the aryl group, it is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 20, and further preferably 6 to 10. The thickness of the organic layer is controlled according to the major axis length of the substituent represented by R 11 (for example, the chain length of the alkyl group), thereby controlling the characteristics of the functional layer formed by this mixture. be able to.

2で表される有機カチオンとしては、アンモニウムの他に、セシウム、ホルムアミジニウム等も用いることができる。 As the organic cation represented by A 2 , cesium, formamidinium, and the like can be used in addition to ammonium.

一般式(3)で表される有機無機ペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、[CH3(CH2nNH3)]2PbI4(n=2〜17)、(C4924NH32PbI4、(CH3(CH2n(CH3)CHNH32PbI4[n=5〜8]、(C6524NH32PbI4、(C107CH2NH32PbI4及び(C6524NH32PbBr4等を挙げることができる。ただし、本発明において用いることができる有機無機ペロブスカイト型化合物は、これらの化合物によって限定的に解釈されることはない。 Specific preferred examples of the organic-inorganic perovskite type compound represented by the general formula (3) include [CH 3 (CH 2 ) n NH 3 )] 2 PbI 4 (n = 2 to 17) and (C 4 H 9 C 2 H 4 NH 3) 2 PbI 4 , (CH 3 (CH 2) n (CH 3) CHNH 3) 2 PbI 4 [n = 5~8], (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3) 2 PbI 4 , mention may be made of (C 10 H 7 CH 2 NH 3) 2 PbI 4 and (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3) 2 PbBr 4 or the like. However, the organic-inorganic perovskite type compound that can be used in the present invention is not limitedly interpreted by these compounds.

以上に挙げた有機無機ペロブスカイト型化合物のうち、好ましいものは一般式(2)で表される化合物であり、中でも、BがPb2+であってXがI-であるもの(ヨウ化鉛系ペロブスカイト)が好ましく、CH3NH3PbI3が最も好ましい。
また、ペロブスカイト型化合物は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせ使用してもよい。
Among the organic-inorganic perovskite type compounds mentioned above, the preferable ones are the compounds represented by the general formula (2), in which B is Pb 2+ and X is I (lead iodide-based compound). Perovskites) are preferred, and CH 3 NH 3 PbI 3 is most preferred.
Further, the perovskite type compounds may be used alone or in combination of two or more.

本発明の混合物は、ペロブスカイト型化合物とキノン系化合物のみから構成されていてもよいし、この他の光感受性成分や添加剤を含有していてもよい。   The mixture of the present invention may be composed of only the perovskite type compound and the quinone compound, or may contain other light sensitive components and additives.

<機能層>
本発明の機能層は、本発明の混合物を層状に形成したものである。この機能層は、本発明のペロブスカイト型化合物とキノン系化合物を含有する混合物を成膜することより形成することができる。
成膜方法は特に限定されず、真空蒸着法等の気相プロセスであってもよく、溶液塗布法であってもよいが、簡単な装置で短時間に成膜が行えることから溶液塗布法であることが好ましい。以下において、溶液塗布法による機能層の形成方法について説明する。
まず、ペロブスカイト型化合物とキノン系化合物を含有する塗布用溶液(本発明の混合物を含む溶液)を調製する。塗布用溶液は、例えばハロゲン化アンモニウムと金属ハロゲン化物を溶媒中で反応させることにより有機無機ペロブスカイト型化合物の前駆体を得た後、キノン系化合物を添加し、混合することにより調製することができる。ここで、ハロゲン化アンモニウムの窒素原子に結合する有機基およびハロゲンイオン、金属ハロゲン化物のハロゲンイオンおよび金属イオンの好ましい範囲と具体例については、上記の<混合物>における一般式(4)のR10または一般式(5)のR11、一般式(2)および一般式(3)のX、Bの好ましい範囲と具体例を参照することができる。また、キノン系化合物の好ましい範囲と具体例については、上記の<混合物>におけるキノン系化合物の好ましい範囲と具体例を参照することができる。
塗布用溶液の塗布方法としては、特に制限されず、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、ダイコート法等の従来公知の塗布方法を用いることができる。
<Functional layer>
The functional layer of the present invention is formed by layering the mixture of the present invention. This functional layer can be formed by forming a film containing a mixture containing the perovskite type compound of the present invention and a quinone compound.
The film forming method is not particularly limited, and may be a vapor phase process such as a vacuum vapor deposition method or a solution coating method, but the solution coating method can be used because a film can be formed in a short time with a simple apparatus. Preferably there is. The method of forming the functional layer by the solution coating method will be described below.
First, a coating solution (a solution containing the mixture of the present invention) containing a perovskite type compound and a quinone compound is prepared. The coating solution can be prepared, for example, by reacting an ammonium halide and a metal halide in a solvent to obtain a precursor of an organic-inorganic perovskite type compound, and then adding and mixing a quinone compound. . Here, the preferable range and specific examples of the organic group and the halogen ion bonded to the nitrogen atom of the ammonium halide, the halogen ion and the metal ion of the metal halide are represented by R 10 of the general formula (4) in the above <mixture>. Alternatively, preferred examples and specific examples of R 11 in the general formula (5), X and B in the general formula (2) and the general formula (3) can be referred to. For the preferable range and specific examples of the quinone compound, the preferable range and specific examples of the quinone compound in the above <mixture> can be referred to.
The coating method of the coating solution is not particularly limited, and conventionally known coating methods such as a gravure coating method, a bar coating method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method can be used.

塗布用溶液の溶剤は、ペロブスカイト型化合物とキノン系化合物を溶解できるものであればよく、特に限定されない。具体的には、エステル類(メチルホルメート、エチルホルメート、プロピルホルメート、ペンチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、ペンチルアセテート等)、ケトン類(γ-ブチロラクトン、Nメチル-2-ピロリドン、アセトン、ジメチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、アニソール、フェネトール等)、アルコール類(メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−2−ブタノール、メトキシプロパノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、2−フルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール等)、グリコールエーテル(セロソルブ)類(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールジメチルエーテル等)、アミド系溶剤(N,N-ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等)、ニトリル系溶剤(アセトニトリル、イソブチロニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル等)、カーボート系剤(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、ハロゲン化炭化水素(塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等)、炭化水素(n−ペンタン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等)、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。この他、エステル類、ケトン類、エーテル類およびアルコール類の官能基(即ち、−O−、−CO−、−COO−、−OH)のいずれかを二つ以上有するものであってもよいし、エステル類、ケトン類、エーテル類およびアルコール類の炭化水素部分における水素原子がハロゲン原子(特に、フッ素原子)で置換されたものであってもよい。
本発明の機能層は、光電変換素子の光電変換層として好適に用いることができ、発光層としても利用することができる。
The solvent for the coating solution is not particularly limited as long as it can dissolve the perovskite type compound and the quinone compound. Specifically, esters (methyl formate, ethyl formate, propyl formate, pentyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, pentyl acetate, etc.), ketones (γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, acetone) , Dimethyl ketone, diisobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, etc., ethers (diethyl ether, methyl-tert-butyl ether, diisopropyl ether, dimethoxymethane, dimethoxyethane, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane , 4-methyldioxolane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, anisole, phenetole, etc.), alcohols (methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butane) Nol, 2-butanol, tert-butanol, 1-pentanol, 2-methyl-2-butanol, methoxypropanol, diacetone alcohol, cyclohexanol, 2-fluoroethanol, 2,2,2-trifluoroethanol, 2, 2,3,3-Tetrafluoro-1-propanol, etc., glycol ethers (cellosolves) (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, triethylene glycol dimethyl ether, etc. ), Amide solvents (N, N-dimethylformamide, acetamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), nitrile solvents (acetonitrile, isobutyronitrile, propionitrile, metho Toxiacetonitrile etc.), carboat type agents (ethylene carbonate, propylene carbonate etc.), halogenated hydrocarbons (methylene chloride, dichloromethane, chloroform etc.), hydrocarbons (n-pentane, cyclohexane, n-hexane, benzene, toluene, xylene etc.) ), Dimethyl sulfoxide and the like. In addition, it may have two or more of any of functional groups of ester, ketone, ether, and alcohol (that is, -O-, -CO-, -COO-, -OH). The hydrogen atom in the hydrocarbon moiety of the esters, ketones, ethers and alcohols may be replaced with a halogen atom (especially fluorine atom).
The functional layer of the present invention can be suitably used as a photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element and can also be used as a light emitting layer.

<光電変換素子>
次に本発明の光電変換素子について説明する。
本発明の光電変換素子は、キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含む層を有するものである。キノン系化合物とペロブスカイト型化合物の説明と好ましい範囲、具体例については、上記の<混合物>におけるキノン系化合物とペロブスカイト型化合物の説明と好ましい範囲、具体例を参照することができる。
ペロブスカイト型化合物は、光照射により励起され、空間的に分離した正孔と電子(キャリア)を効率よく生成するため、光電変換層の材料として効果的に機能させることができる。その一方で、ペロブスカイト型化合物は、それ単体で放置すると、徐々に分解して金属ハロゲン化物を遊離し、その金属ハロゲン化物の金属イオンが還元される結果、金属が蓄積する現象が見られる。光電変換層内に蓄積した金属は、ペロブスカイト型化合物から生じたキャリアをトラップするため、光電変換効率等の素子特性を経時的に劣化させる要因となる。これに対して、本発明の光電変換素子は、ペロブスカイト型化合物を含む層にキノン系化合物も含むことにより、キノン系化合物が、ペロブスカイト型化合物から遊離した金属イオンの還元を抑える酸化剤として機能し、金属の生成が抑えられる。このため、この光電変換素子は、製造してから長期間経過した後においても、さらには、その使用環境が高湿度である場合でも、キャリアが電極で効率よく回収され、良好な素子特性を得ることができる。これにより、この光電変換素子は、キノン系化合物を含まない光電変換素子に比べて寿命が長く、高湿度環境下でも安定な駆動を実現することができる。
<Photoelectric conversion element>
Next, the photoelectric conversion element of the present invention will be described.
The photoelectric conversion element of the present invention has a layer containing a quinone compound and a perovskite compound. For the description and preferred ranges and specific examples of the quinone compound and perovskite type compound, the description and preferred ranges and specific examples of the quinone compound and perovskite type compound in the above <mixture> can be referred to.
The perovskite-type compound is excited by light irradiation and efficiently generates spatially separated holes and electrons (carriers), and thus can effectively function as a material for the photoelectric conversion layer. On the other hand, when the perovskite type compound is left alone, it gradually decomposes to release the metal halide, and the metal ion of the metal halide is reduced. As a result, the metal accumulation phenomenon is observed. The metal accumulated in the photoelectric conversion layer traps carriers generated from the perovskite-type compound, and thus becomes a factor that deteriorates device characteristics such as photoelectric conversion efficiency with time. On the other hand, the photoelectric conversion device of the present invention includes a quinone compound in the layer containing the perovskite compound, so that the quinone compound functions as an oxidant that suppresses the reduction of metal ions released from the perovskite compound. The generation of metal is suppressed. Therefore, this photoelectric conversion element is provided with good element characteristics even after a long period of time since its manufacture, and even when the environment in which it is used is high humidity, in which the carrier is efficiently collected by the electrode. be able to. As a result, this photoelectric conversion element has a longer life than a photoelectric conversion element that does not include a quinone compound, and stable driving can be realized even in a high humidity environment.

本発明の光電変換素子は、少なくとも透明電極と対向電極、および透明電極と対向電極の間に発電層を形成した構造を有することが好ましい。発電層は、少なくとも光電変換層を含むものであり、光電変換層のみからなるものであってもよいし、光電変換層の他に1層以上の機能層を有するものであってもよい。そのような他の機能層として、正孔輸送層、電子ブロック層、電子輸送層、正孔ブロック層などを挙げることができる。具体的な光電変換素子の構造例を図1に示す。図1において、1は透明基板、2は透明電極、3は正孔輸送層、4は光電変換層、5は電子輸送層、6は対向電極を表わす。図1の構成では、透明電極1が正孔を回収する正極として機能し、対向電極6が電子を回収する負極として機能する。また、光電変換素子は、正孔輸送層3と電子輸送層5が図1に示す位置関係とは逆の位置で配されたものであってもよい。すなわち、透明基板1、透明電極2、電子輸送層5、光電変換層4、正孔輸送層3および対向電極6が、この順に積層されていてもよい。この場合、透明電極1が電子を回収する負極として機能し、対向電極6が正孔を回収する正極として機能する。
以下において、光電変換素子の各部材および各層について説明する。
The photoelectric conversion element of the present invention preferably has a structure in which at least a transparent electrode and a counter electrode, and a power generation layer is formed between the transparent electrode and the counter electrode. The power generation layer includes at least a photoelectric conversion layer, may be composed of only a photoelectric conversion layer, or may have one or more functional layers in addition to the photoelectric conversion layer. Examples of such other functional layer include a hole transport layer, an electron block layer, an electron transport layer, a hole block layer, and the like. A specific example of the structure of the photoelectric conversion element is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a transparent substrate, 2 is a transparent electrode, 3 is a hole transport layer, 4 is a photoelectric conversion layer, 5 is an electron transport layer, and 6 is a counter electrode. In the configuration of FIG. 1, the transparent electrode 1 functions as a positive electrode that collects holes, and the counter electrode 6 functions as a negative electrode that collects electrons. Further, the photoelectric conversion element may be one in which the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 are arranged at a position opposite to the positional relationship shown in FIG. That is, the transparent substrate 1, the transparent electrode 2, the electron transport layer 5, the photoelectric conversion layer 4, the hole transport layer 3, and the counter electrode 6 may be laminated in this order. In this case, the transparent electrode 1 functions as a negative electrode that collects electrons, and the counter electrode 6 functions as a positive electrode that collects holes.
Each member and each layer of the photoelectric conversion element will be described below.

(透明基板)
本発明の光電変換素子は、透明基板に支持されていることが好ましい。この透明基板については、特に制限はなく、従来から光電変換素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英などからなるものを用いることができる。透明プラスチックとしては、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)、ポリエチレン・テレフタレート(PET)等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド、テフロン(登録商標)等を挙げることができる。
(Transparent substrate)
The photoelectric conversion element of the present invention is preferably supported on a transparent substrate. The transparent substrate is not particularly limited as long as it is conventionally used for photoelectric conversion elements, and for example, a substrate made of glass, transparent plastic, quartz or the like can be used. Examples of transparent plastics include polyesters such as polyethylene naphthalate (PEN) and polyethylene terephthalate (PET), polycarbonates, polyolefins, polyimides, Teflon (registered trademark), and the like.

(透明電極)
光電変換素子における透明電極としては、導電性無機化合物、導電性金属酸化物、導電性高分子およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としてはCuI等の導電性無機化合物、インジウム錫酸化物(ITO)、フッ素ドープ錫酸化物(FTO)、酸化スズ(SnO2)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミニウムドープ亜鉛酸化物(AZO)、酸化亜鉛(ZnO)、ニオブドープチタン酸化物等の導電性金属酸化物、ポリアセチレン系、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリフェニレンビニレン系等の導電性高分子が挙げられる。また、IDIXO(In23−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。透明電極は、これらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、上記電極材料の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。透明導電膜の表面抵抗は15Ω/□以下であることが好ましく、5Ω/□以下であることがさらに好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常0.01〜10.0μm、好ましくは0.1〜1.0μmの範囲から選ばれる。
(Transparent electrode)
As the transparent electrode in the photoelectric conversion element, those using an electrically conductive inorganic compound, an electrically conductive metal oxide, an electrically conductive polymer and a mixture thereof as an electrode material are preferably used. Specific examples of such electrode materials include conductive inorganic compounds such as CuI, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2 ), indium zinc oxide (IZO), Conductive metal oxides such as gallium-doped zinc oxide, aluminum-doped zinc oxide (AZO), zinc oxide (ZnO), and niobium-doped titanium oxide, conductive materials such as polyacetylene-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, and polyphenylene vinylene-based Polymers can be mentioned. Alternatively, a material such as IDIXO (In 2 O 3 —ZnO) that can form an amorphous transparent conductive film may be used. The transparent electrode may be formed into a thin film by a method such as vapor deposition or sputtering of these electrode materials, and a pattern of a desired shape may be formed by a photolithography method. The pattern may be formed through a mask. Alternatively, when a coatable material such as an organic conductive compound is used, a wet film forming method such as a printing method or a coating method can be used. The surface resistance of the transparent conductive film is preferably 15Ω / □ or less, more preferably 5Ω / □ or less. Further, the film thickness depends on the material, but is usually selected in the range of 0.01 to 10.0 μm, preferably 0.1 to 1.0 μm.

(対向電極)
対向電極としては、透明電極で例示した電極材料の他、金属、合金、炭素材料およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。
電極材料として用いられる金属および合金の具体例としては、アルミニウム、金、銀、白金、銅、タングステン、モリブデン、チタン等の金属および合金が挙げられる。対向電極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。対向電極の表面抵抗は15Ω/□以下であることが好ましく、5Ω/□以下であることがさらに好ましい。対向電極の膜厚は、通常0.01〜2.0μmの範囲から選ばれる。
(Counter electrode)
As the counter electrode, in addition to the electrode materials exemplified as the transparent electrode, those having a metal, alloy, carbon material or a mixture thereof as an electrode material are used.
Specific examples of metals and alloys used as the electrode material include metals and alloys such as aluminum, gold, silver, platinum, copper, tungsten, molybdenum, and titanium. The counter electrode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The surface resistance of the counter electrode is preferably 15 Ω / □ or less, more preferably 5 Ω / □ or less. The film thickness of the counter electrode is usually selected from the range of 0.01 to 2.0 μm.

(光電変換層)
光電変換層は、キノン系化合物とペロブスカイト型化合物を含む。光電変換層に透明基板側から光が照射されると、ペロブスカイト型化合物が光励起して空間的に分離した正孔と電子(キャリア)を生成する。これらキャリアのうち正孔は正孔輸送層側に拡散して正極へ取り出され、電子は電子輸送層側に拡散して負極へ取り出され、電極間に電位差(起電力)が生じる。
ここで、この光電変換層では、キノン系化合物が含まれていることにより、ペロブスカイト型化合物に由来する金属イオンの還元、金属の蓄積が抑えられる。このため、生成したキャリアが光電変換層内でトラップされ難く、キャリアを各電極へ効率よく取り出すことができる。
光電変換層におけるキノン系化合物の含有量は、上記の混合物におけるキノン系化合物の含有量を参照することができる。
光電変換層の厚さは、10〜1000nmであることが好ましく、100〜500nmであることがより好ましく、200〜400nmであることがさらに好ましい。これにより、光電変換素子が厚くなり過ぎるのを回避して、十分な発電特性を得ることができる。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer contains a quinone compound and a perovskite type compound. When the photoelectric conversion layer is irradiated with light from the transparent substrate side, the perovskite compound is photoexcited to generate spatially separated holes and electrons (carriers). Among these carriers, holes diffuse to the positive hole transport layer side and are taken out to the positive electrode, and electrons diffuse to the positive electron transport layer side to be taken out to the negative electrode, so that a potential difference (electromotive force) is generated between the electrodes.
Here, since the photoelectric conversion layer contains the quinone-based compound, reduction of metal ions derived from the perovskite type compound and metal accumulation can be suppressed. Therefore, the generated carriers are hard to be trapped in the photoelectric conversion layer, and the carriers can be efficiently taken out to each electrode.
For the content of the quinone compound in the photoelectric conversion layer, the content of the quinone compound in the above mixture can be referred to.
The thickness of the photoelectric conversion layer is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 100 to 500 nm, and further preferably 200 to 400 nm. Thereby, the photoelectric conversion element can be prevented from becoming too thick, and sufficient power generation characteristics can be obtained.

(正孔輸送層)
正孔輸送層は光電変換層から注入された正孔を正極側に輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、単層または複数層設けることができる。また、正孔輸送材料は、正孔を輸送する機能の他、正孔の注入や電子の障壁性を有していてもよい。
正孔輸送材料としては、スピロ−OMeTAD(2,2’,7,7’−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)9,9’−スピロビフルオレン))、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリ(4−スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS)、P3HT(ポリ(3−ヘキシルチオフェン))、PCPDTBT(ポリ[2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル[4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−4H−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン−2,6−diyl]])、PVK(ポリ(N−ビニルカルバゾール))、HTM−TFSI(1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)、Li−TFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、tBP(tert−ブチルピリジン)等を挙げることができ、中でも、スピロ−OMeTAD、P3HT、PCPDTBT、PVKを用いることが好ましく、スピロ−OMeTADを用いることがより好ましい。また、正孔輸送材料として、チオフェニル、フェネレニル(phenalenyl)、ジチアゾリル、ベンゾチアゾリル、ジケトピロロピロリル、エトキシジチオフェニル、アミノ、トリフェニルアミノ、カルボゾリル、エチレンジオキシチオフェニル、ジオキシチオフェニルおよびフルオレニルから選択される1種または2種以上の基を有する有機化合物、ポリマーまたはコポリマーを用いることもでき、さらにCuI、CuBr、CuSCN、Cu2O、CuO、CIS等の無機正孔輸送材料も用いることができる。
正孔輸送層の厚みは、特に制限されないが、0.01〜0.5μm程度が好ましい。
(Hole transport layer)
The hole transport layer is made of a hole transport material having a function of transporting holes injected from the photoelectric conversion layer to the positive electrode side, and a single layer or a plurality of layers can be provided. In addition to the function of transporting holes, the hole transport material may have hole injection and electron barrier properties.
Examples of the hole transport material include spiro-OMeTAD (2,2 ', 7,7'-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9'-spirobifluorene)) and poly (3 , 4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), P3HT (poly (3-hexylthiophene)), PCPDTBT (poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7-) Diyl [4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b '] dithiophene-2,6-diyl]]), PVK (poly (N-vinylcarbazole)) ), HTM-TFSI (1-hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide), Li-TFSI (lithium bis (trifluoro). Examples thereof include spiro-OMeTAD, P3HT, PCPDTBT, and PVK, and more preferably spiro-OMeTAD. Further, as hole transport materials, thiophenyl, phenylenyl, dithiazolyl, benzothiazolyl, diketopyrrolopyrrolyl, ethoxydithiophenyl, amino, triphenylamino, carbozolyl, ethylenedioxythiophenyl, dioxythiophenyl and fluorenyl are selected. It is also possible to use an organic compound, polymer or copolymer having one or more selected groups, and also an inorganic hole transport material such as CuI, CuBr, CuSCN, Cu2O, CuO, CIS.
The thickness of the hole transport layer is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 0.5 μm.

(電子輸送層)
電子輸送層は、光電変換層から注入された電子を負極側へ輸送する機能を有する材料からなり、単層または複数層設けることができる。電子輸送材料は、電子を輸送する機能の他、正孔を阻止する機能を有していてもよい。
電子輸送材料としては、フラーレン、ペリレン、フラーレンまたはペリレンの誘導体、ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−ナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)−2,6−ジイル]−alt−5,50−(2,20−ビチオフェン)}(P(NDI2OD−T2))等を挙げることができ、各種電解質も用いることができる。
また、電子輸送材料として、TiO2、WO3、ZnO、Nb25、Ta25、SrTiO3等の金属酸化物や、これら金属酸化物にドナーを添加したドナー添加金属酸化物を用いてもよい。また、TiO2を採用する場合には、その結晶形態はアナターゼ型であることが好ましい。電子輸送材料に用いる金属酸化物は、多孔質構造を有することが好ましく、細孔サイズがナノオーダーである多孔質構造を有することがより好ましい。これにより、電子輸送層自体の表面積が大きくなるとともに、その上に光電変換層を形成した場合には、電子輸送層との界面における光電変換層の表面積も大きくなる。その結果、光電変換層から電子輸送層への電子の注入効率が高くなり、光電変換効率を向上させることができる。多孔質構造としては、例えば粒状体、線状体(線状体:針状、チューブ状、柱状等)等が集合し、全体として多孔質状をなした構造を挙げることができる。多孔質構造は、電子輸送層の全体に亘っている必要はなく、例えば、負極側の部分を平滑構造、光電変換層側の部分を多孔質構造とすることも可能である。光電変換層の表面積の拡大を期待して電子輸送層を多孔質構造とする場合、電子輸送層を光電変換層よりも透明電極側に配することが好ましい。これにより、多孔質構造の電子輸送層を形成した後、その上に光電変換層を形成する製造手順になるため、電子輸送層の表面形状を反映した光電変換層、すなわち表面積の広い光電変換層を容易に得ることができる。
電子輸送層の厚みは、特に制限されないが、0.01〜0.5μm程度が好ましい。
(Electron transport layer)
The electron transport layer is made of a material having a function of transporting electrons injected from the photoelectric conversion layer to the negative electrode side, and a single layer or a plurality of layers can be provided. The electron transport material may have a function of blocking holes in addition to a function of transporting electrons.
Examples of the electron transport material include fullerene, perylene, fullerene, or a derivative of perylene, poly {[N, N'-bis (2-octyldodecyl) -naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide) -2. , 6-diyl] -alt-5,50- (2,20-bithiophene)} (P (NDI2OD-T2)) and the like, and various electrolytes can also be used.
As the electron transporting material, metal oxides such as TiO 2 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and SrTiO 3 and donor-added metal oxides obtained by adding a donor to these metal oxides are used. May be. When TiO 2 is used, its crystal form is preferably anatase type. The metal oxide used for the electron transport material preferably has a porous structure, and more preferably has a porous structure in which the pore size is nano-order. As a result, the surface area of the electron transport layer itself increases, and when the photoelectric conversion layer is formed thereon, the surface area of the photoelectric conversion layer at the interface with the electron transport layer also increases. As a result, the efficiency of injecting electrons from the photoelectric conversion layer into the electron transport layer is increased, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Examples of the porous structure include a structure in which granular bodies, linear bodies (linear bodies: needle-shaped, tube-shaped, column-shaped, etc.) are aggregated to form a porous structure as a whole. The porous structure does not need to extend over the entire electron transport layer, and for example, the negative electrode side portion may have a smooth structure and the photoelectric conversion layer side portion may have a porous structure. When the electron transport layer has a porous structure with the expectation of increasing the surface area of the photoelectric conversion layer, it is preferable to dispose the electron transport layer on the transparent electrode side of the photoelectric conversion layer. Thereby, after the electron transport layer having a porous structure is formed, the manufacturing procedure is such that the photoelectric conversion layer is formed thereon. Therefore, the photoelectric conversion layer reflecting the surface shape of the electron transport layer, that is, the photoelectric conversion layer having a large surface area is formed. Can be easily obtained.
The thickness of the electron transport layer is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 0.5 μm.

(正孔ブロック層)
正孔ブロック層は、必要に応じて電子輸送層と負極の間に設けられる。正孔ブロック層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する。正孔ブロック層は電子を負極に輸送しつつ、正孔が負極へ到達することを阻止する役割があり、これにより透明電極と対向電極の間に大きな起電力を生じさせることができる。正孔ブロック層の材料としては、上記の電子輸送層の材料の中から、HOMO準位が電子輸送層を構成する材料のHOMO準位よりも深いものを選択して用いることができる。
(Hole blocking layer)
The hole blocking layer is provided between the electron transport layer and the negative electrode as needed. The hole blocking layer has a function of an electron transport layer in a broad sense. The hole blocking layer has a role of blocking the arrival of holes at the negative electrode while transporting electrons to the negative electrode, and thereby a large electromotive force can be generated between the transparent electrode and the counter electrode. As the material of the hole blocking layer, one having a HOMO level deeper than the HOMO level of the material forming the electron transporting layer can be selected and used from the materials of the electron transporting layer.

(電子ブロック層)
電子ブロック層は、必要に応じて正孔輸送層と正極の間に設けられる。電子ブロック層とは、広い意味では正孔を輸送する機能を有する。電子ブロック層は正孔を正極に輸送しつつ、電子が正極へ到達することを阻止する役割があり、これにより透明電極と対向電極の間に大きな起電力を生じさせることができる。電子ブロック層の材料としては、上記の正孔輸送層の材料から、LUMO準位が正孔輸送層を構成する材料のLUMO準位よりも浅いものを選択して用いることができる。
(Electronic block layer)
The electron block layer is provided between the hole transport layer and the positive electrode as needed. The electron blocking layer has a function of transporting holes in a broad sense. The electron blocking layer has a role of blocking the electrons from reaching the positive electrode while transporting the holes to the positive electrode, whereby a large electromotive force can be generated between the transparent electrode and the counter electrode. As the material of the electron block layer, one having a LUMO level shallower than the LUMO level of the material forming the hole transport layer can be selected and used from the materials of the hole transport layer.

以上の光電変換素子を作製する際、発電層を構成する各機能層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。   When manufacturing the above photoelectric conversion element, the method for forming each functional layer constituting the power generation layer is not particularly limited, and may be formed by either a dry process or a wet process.

この光電変換素子は、太陽光等の光を透明基板側から照射すると、光電変換層に含まれるペロブスカイト型化合物が励起されてキャリアを発生する。キャリアのうち正孔は正極側に輸送されて正極に取り出され、電子は負極側に輸送されて負極に取り出され、正極と負極の間に起電力が生じる。起電力が生じた正極と負極の間を導体で接続することにより、正極から負極に流れる電流を得ることができる。   When this photoelectric conversion element is irradiated with light such as sunlight from the transparent substrate side, the perovskite type compound contained in the photoelectric conversion layer is excited to generate carriers. Of the carriers, holes are transported to the positive electrode side and taken out to the positive electrode, and electrons are transported to the negative electrode side and taken out to the negative electrode, so that electromotive force is generated between the positive electrode and the negative electrode. A current flowing from the positive electrode to the negative electrode can be obtained by connecting a conductor between the positive electrode and the negative electrode where the electromotive force is generated.

本発明の光電変換素子は、単一の素子として用いてもよいし、複数の素子を積層したタンデム型としてもよい。タンデム型とすることにより、高い変換効率を実現することができる。また、特性が異なる素子を積層することにより、積層した素子全体での特性を緻密に制御することができ、用途にあった最適な特性を実現することができる。   The photoelectric conversion element of the present invention may be used as a single element or may be of a tandem type in which a plurality of elements are laminated. By adopting the tandem type, high conversion efficiency can be realized. Further, by stacking elements having different characteristics, the characteristics of the entire stacked elements can be precisely controlled, and the optimum characteristics suitable for the application can be realized.

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
なお、有機無機ペロブスカイト層の評価は、X線回折装置[λ=1.54Å(CuKα)](リガク社製:UltimaIV)、分光蛍光計(日本分光社製:FP−6500)を用いて行い、光電変換素子の評価は、ソーラーシミュレータ(セリック社製:XIL−05B100KP)、測定システム(システム・エンジニア社製:OSA−11)、ソースメータ(ケースレー社製:2400シリーズ)を用いて行った。
また、下記の各実施例において、ペロブスカイト層(光電変換層)におけるベンゾキノンの濃度は、ヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル比[ベンゾキノン]/[ヨウ化鉛メチルアンモニウム]またはモル百分率([ベンゾキノン]/[ヨウ化鉛メチルアンモニウム])×100(%)で表す。
The features of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples. Materials, usage amounts, ratios, processing contents, processing procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limitedly interpreted by the following specific examples.
The organic-inorganic perovskite layer was evaluated using an X-ray diffractometer [λ = 1.54Å (CuKα)] (manufactured by Rigaku Corporation: Ultima IV) and a spectrofluorometer (manufactured by JASCO Corporation: FP-6500). The photoelectric conversion element was evaluated using a solar simulator (XIL-05B100KP manufactured by Celic), a measurement system (OSA-11 manufactured by System Engineer), and a source meter (2400 series manufactured by Keithley).
Further, in each of the following examples, the concentration of benzoquinone in the perovskite layer (photoelectric conversion layer) is a molar ratio [benzoquinone] / [lead methylammonium iodide] or a molar percentage ([benzoquinone] / [ Lead methyl iodide]] × 100 (%).

<光電変換素子の作製と評価>
(実施例1)
膜厚120nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる正極が形成されたガラス基板を用意した。このITO上に、PEDOT:PSSを3000rpmで30秒間スピンコートして塗膜を形成し、160℃のホットプレート上で10分間加熱することにより厚さ50nmのPEDOT:PSS層を形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス中で、ペロブスカイト(CH3NH3PbI3)層を光電変換層として形成した。まず、PbI2とCH3NH3Iを1:1のモル比でジメチルスルホキシドに溶解し、攪拌により反応させてヨウ化鉛メチルアンモニウム(CH3NH3PbI3)の前駆体を合成した。この反応液にベンゾキノンを加え、攪拌することにより溶液を調製した。溶液におけるヨウ化鉛メチルアンモニウムの含有量は620mg/mLであり、ベンゾキノンの添加量はヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル比で1/1000とした。この溶液を、PEDOT:PSS層の上に4000rpmで30秒間スピンコートして前駆体層を形成した。この前駆体層を、60℃のホットプレート上で15分間加熱し、続いて100℃で30分間加熱した。以上の工程により、厚さ0.3μmのペロブスカイト層を形成し、光電変換層とした。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス中で、ペロブスカイト層の上に、[70]PCBMを20mg/mLの濃度で溶解したクロロベンゼン溶液を1000rpmで30秒間スピンコートした後、100℃のホットプレート上で30分間加熱することにより[70]PCBM層を形成した。続いて、真空度10-4Paの真空蒸着法にて、[70]PCBM層の上に、LiFを0.8nmの厚さに形成し、その上に、Alを100nmの厚さに形成することにより陰極を形成し、光電変換素子を得た。
さらに、ペロブスカイト層を形成する際、溶液へのベンゾキノンの添加量をヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル比で1/200、1/100または1/20に変化させたこと以外は、上記と同様にして各種光電変換素子を作製した。
<Production and evaluation of photoelectric conversion element>
(Example 1)
A glass substrate having a positive electrode made of indium tin oxide (ITO) and having a film thickness of 120 nm was prepared. PEDOT: PSS was spin-coated on this ITO at 3000 rpm for 30 seconds to form a coating film, which was then heated on a hot plate at 160 ° C. for 10 minutes to form a PEDOT: PSS layer having a thickness of 50 nm.
Next, a perovskite (CH 3 NH 3 PbI 3 ) layer was formed as a photoelectric conversion layer in a nitrogen atmosphere glove box. First, PbI 2 and CH 3 NH 3 I were dissolved in dimethyl sulfoxide at a molar ratio of 1: 1 and reacted with stirring to synthesize a precursor of lead methylammonium iodide (CH 3 NH 3 PbI 3 ). Benzoquinone was added to this reaction solution, and the solution was prepared by stirring. The content of lead methylammonium iodide in the solution was 620 mg / mL, and the addition amount of benzoquinone was 1/1000 in terms of molar ratio to lead methylammonium iodide. This solution was spin-coated on the PEDOT: PSS layer at 4000 rpm for 30 seconds to form a precursor layer. The precursor layer was heated on a hot plate at 60 ° C. for 15 minutes, followed by heating at 100 ° C. for 30 minutes. Through the above steps, a perovskite layer having a thickness of 0.3 μm was formed and used as a photoelectric conversion layer.
Then, a chlorobenzene solution prepared by dissolving [70] PCBM at a concentration of 20 mg / mL was spin-coated on the perovskite layer in a nitrogen atmosphere glove box at 1000 rpm for 30 seconds, and then on a hot plate at 100 ° C. for 30 seconds. A [70] PCBM layer was formed by heating for a minute. Then, LiF is formed to a thickness of 0.8 nm on the [70] PCBM layer by a vacuum evaporation method with a vacuum degree of 10 −4 Pa, and Al is formed to a thickness of 100 nm on the LiF. Thus, a cathode was formed and a photoelectric conversion element was obtained.
Further, when the perovskite layer was formed, the same procedure as above was performed except that the addition amount of benzoquinone to the solution was changed to 1/200, 1/100 or 1/20 in terms of molar ratio to lead methylammonium iodide. Various photoelectric conversion elements were produced.

(比較例1)
ペロブスカイト層を形成するための溶液にベンゾキノンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
実施例1および比較例1で形成した光電変換層(ペロブスカイト層)のX線回折スペクトルを図2に示し、光吸収スペクトルを図3に示す。また、実施例1および比較例1で作製した光電変換素子について、作製直後に測定した素子特性を図4に示し、温度298K湿度50%の条件で白色光(光照射強度:100mW/cm2)を連続照射したときの光電変換特性の経時的変化を図5に示す。なお、各図において、「BQ」はベンゾキノンを表し、図2において「MAPbI3」はヨウ化鉛メチルアンモニウムを表す。
図2、3から、ベンゾキノンを添加した光電変換層とベンゾキノン無添加の光電変換層とで、X線回折スペクトルおよび光吸収スペクトルにほとんど差が認められなかった。このことから、ベンゾキノンはペロブスカイト型化合物の結晶構造や光吸収特性に影響を与えないことが確認された。
図4より、ベンゾキノンを1/1000のモル比で添加した光電変換素子で、ベンゾキノン無添加の光電変換素子に比べて20%程度の光電変換効率の向上が見られた。また、図5から、ベンゾキノンを添加した光電変換素子は、ベンゾキノン無添加の光電変換素子に比べて光電変換効率の低下速度が明らかに小さく、ベンゾキノン添加により特性の経時劣化が抑制されることが確認された。さらに、この経時劣化を抑える効果は、ベンゾキノンを1/200以上のモル比で添加した素子群において、特に顕著に発揮されている。このことから、ベンゾキノンの添加量はペロブスカイト型化合物に対するモル比で1/200以上にすることが好ましいことがわかった。なお、図4において、ベンゾキノンの添加量が1/100を超えると初期の特性値が無添加の場合よりも低くなる傾向が見られる。しかし、下記の実施例2に示すように、素子構成を変更することにより、素子特性が右下がりになる濃度を高濃度側にシフトさせることが可能である。これにより、ベンゾキノンの添加量が1/100(0.1%)を超える範囲においても、無添加の場合を上回る優れた素子特性を得ることができる。
(Comparative Example 1)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that benzoquinone was not added to the solution for forming the perovskite layer.
The X-ray diffraction spectrum of the photoelectric conversion layer (perovskite layer) formed in Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIG. 2, and the light absorption spectrum is shown in FIG. FIG. 4 shows the device characteristics of the photoelectric conversion devices produced in Example 1 and Comparative Example 1 immediately after production, and white light (light irradiation intensity: 100 mW / cm 2 ) was obtained under the conditions of temperature 298K and humidity 50%. FIG. 5 shows the change over time in the photoelectric conversion characteristics when continuously irradiated with. In the drawings, "BQ" represents benzoquinone, "MAPbI 3" in FIG. 2 represents a lead iodide methyl ammonium.
2 and 3, almost no difference was observed in the X-ray diffraction spectrum and the light absorption spectrum between the photoelectric conversion layer containing benzoquinone and the photoelectric conversion layer containing no benzoquinone. From this, it was confirmed that benzoquinone did not affect the crystal structure and light absorption characteristics of the perovskite type compound.
From FIG. 4, it was found that the photoelectric conversion element in which benzoquinone was added at a molar ratio of 1/1000 improved the photoelectric conversion efficiency by about 20% as compared with the photoelectric conversion element in which benzoquinone was not added. Further, from FIG. 5, it is confirmed that the photoelectric conversion element to which benzoquinone is added has a significantly lower rate of decrease in photoelectric conversion efficiency than the photoelectric conversion element to which benzoquinone is not added, and deterioration of characteristics over time is suppressed by the addition of benzoquinone. Was done. Further, the effect of suppressing the deterioration with time is particularly remarkably exhibited in the element group to which benzoquinone is added at a molar ratio of 1/200 or more. From this, it was found that the addition amount of benzoquinone is preferably 1/200 or more in terms of molar ratio to the perovskite type compound. In addition, in FIG. 4, when the addition amount of benzoquinone exceeds 1/100, there is a tendency that the initial characteristic value becomes lower than that in the case of no addition. However, as shown in Example 2 below, by changing the element configuration, it is possible to shift the density at which the element characteristics are sloping downward to the high density side. As a result, even in the range where the amount of benzoquinone added exceeds 1/100 (0.1%), excellent device characteristics can be obtained which are superior to the case where no benzoquinone is added.

(実施例2)
膜厚150nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる正極が形成されたガラス基板を用意した。このITO上に、PEDOT:PSSを3000rpmで45秒間スピンコートして塗膜を形成し、160℃のホットプレート上で10分間加熱することにより厚さ50nmのPEDOT:PSS層を形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス中で、ペロブスカイト(CH3NH3PbI3)層を光電変換層として形成した。まず、PbI2とCH3NH3Iを、1:1のモル比でγ−ブチロラクトンとジメチルホルムアミド(容量比4:6)の混合溶媒に溶解し、60℃で12時間攪拌を行うことにより反応させてヨウ化鉛メチルアンモニウム(CH3NH3PbI3)の前駆体を得た。この反応液にベンゾキノンを加え、攪拌することにより溶液を調製した。溶液におけるヨウ化鉛メチルアンモニウムの濃度は1.2Mであり、ベンゾキノンの添加量はヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル比で1/1000(0.1%)とした。この溶液を、PEDOT:PSS層の上に4000rpmで30秒間スピンコートして前駆体層を形成した。なお、スピンコートの間、前駆体層の上に0.3mLのトルエンを滴下した。この前駆体層を、60℃のホットプレート上で15分間加熱し、続いて100℃で30分間加熱した。以上の工程により、厚さ350nmのペロブスカイト層を形成し、光電変換層とした。
次に、真空蒸着法により、真空度10-4Paの条件で、ペロブスカイト層の上にC60を厚さ30nmに形成した後、BCPを厚さ10nmに形成し、その上に、Auを厚さ100nmの厚さに形成することにより負極を形成し、光電変換素子を得た。
さらに、ペロブスカイト層を形成する際、溶液へのベンゾキノンの添加量をヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル比で1/200(0.5%)、1/100(1%)または1/20(5%)に変化させたこと以外は、上記と同様にして各種光電変換素子を作製した。
(Example 2)
A glass substrate having a positive electrode made of indium tin oxide (ITO) and having a thickness of 150 nm was prepared. A PEDOT: PSS layer having a thickness of 50 nm was formed on the ITO by spin coating PEDOT: PSS at 3000 rpm for 45 seconds to form a coating film, which was then heated on a hot plate at 160 ° C. for 10 minutes.
Next, a perovskite (CH 3 NH 3 PbI 3 ) layer was formed as a photoelectric conversion layer in a nitrogen atmosphere glove box. First, PbI 2 and CH 3 NH 3 I were dissolved in a mixed solvent of γ-butyrolactone and dimethylformamide (volume ratio 4: 6) at a molar ratio of 1: 1 and reacted by stirring at 60 ° C. for 12 hours. Then, a precursor of lead methylammonium iodide (CH 3 NH 3 PbI 3 ) was obtained. Benzoquinone was added to this reaction solution, and the solution was prepared by stirring. The concentration of lead methylammonium iodide in the solution was 1.2 M, and the amount of benzoquinone added was 1/1000 (0.1%) in terms of molar ratio to lead methylammonium iodide. This solution was spin-coated on the PEDOT: PSS layer at 4000 rpm for 30 seconds to form a precursor layer. During the spin coating, 0.3 mL of toluene was dropped on the precursor layer. The precursor layer was heated on a hot plate at 60 ° C. for 15 minutes, followed by heating at 100 ° C. for 30 minutes. Through the above steps, a perovskite layer having a thickness of 350 nm was formed and used as a photoelectric conversion layer.
Next, C 60 was formed to a thickness of 30 nm on the perovskite layer by a vacuum evaporation method under the condition of a vacuum degree of 10 −4 Pa, BCP was formed to a thickness of 10 nm, and Au was further formed thereon. The negative electrode was formed by forming it to a thickness of 100 nm to obtain a photoelectric conversion element.
Furthermore, when the perovskite layer is formed, the amount of benzoquinone added to the solution is 1/200 (0.5%), 1/100 (1%) or 1/20 (5%) in terms of molar ratio to lead methylammonium iodide. Various photoelectric conversion elements were prepared in the same manner as above except that the photoelectric conversion element was changed to (1).

(比較例2)
ペロブスカイト層を形成するための溶液にベンゾキノンを添加しなかったこと以外は、実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
(Comparative example 2)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2 except that benzoquinone was not added to the solution for forming the perovskite layer.

(比較例3)
ペロブスカイト層を形成する際、溶液にベンゾキノンを添加する代わりに、ハイドロキノン(HQ)を、ヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル百分率で0.5%添加したこと以外は、実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
(Comparative example 3)
When forming the perovskite layer, photoelectric conversion was performed in the same manner as in Example 2 except that hydroquinone (HQ) was added at a molar percentage of 0.5% with respect to lead methylammonium iodide instead of adding benzoquinone to the solution. A device was produced.

(比較例4)
ペロブスカイト層を形成する際、溶液にベンゾキノンを添加する代わりに、テトラシアノキノジメタン(tetracyanoquinodimethane:TCNQ)を、ヨウ化鉛メチルアンモニウムに対するモル百分率で0.5%添加したこと以外は、実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
実施例2および比較例2で作製した光電変換素子について、作製直後に、キセノンランプによる疑似太陽光の照射下(AM1.5G、光照射強度:100mW/cm2)で測定した素子特性を図6に示す。測定した素子特性は、フィルファクター(Fill factor)、開放電圧Voc、短絡電流Jsc、光電変換効率ηである。また、温度298K湿度50%の条件で白色光(光照射強度:100mW/cm2)を連続照射したときの光電変換効率の経時的変化を図7に示す。また、実施例2で作製した光電変換素子のうち、ペロブスカイト層にベンゾキノンを0.5%添加した光電変換素子について、紫外線カットフィルターを用いずに、キセノンランプによる疑似太陽光(AM1.5G、光照射強度:100mW/cm2)を連続照射したときの光電変換効率の経時的変化を図8に示し、各種素子特性の経時的変化を図9に示す。また、順方向と逆方向に電圧を印加して測定した電流密度−電圧特性を図10に示す。図7、8における縦軸は光電変換効率を表し、その数値は初期の光電変換効率を1としたときの相対値である。図9における縦軸は、短絡電流Js、開放電圧Voc、フィルファクターFF、光電変換効率ηの実測値を表す。各図において、「BQ」はベンゾキノンを表す。また、図7に示す光電変換効率の経時的変化において、光電変換効率が初期値の80%になるまで時間T80を表1に示し、図8に示す光電変換効率の経時的変化において、光電変換効率が初期値の80%になるまで時間T80を表2に示す。
(Comparative example 4)
Example 2 was repeated except that tetracyanoquinodimethane (TCNQ) was added in a molar percentage of 0.5% with respect to lead methylammonium iodide instead of adding benzoquinone to the solution when forming the perovskite layer. A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in.
For the photoelectric conversion elements produced in Example 2 and Comparative Example 2, immediately after the production, the element characteristics measured under irradiation of pseudo sunlight with a xenon lamp (AM 1.5 G, light irradiation intensity: 100 mW / cm 2 ) are shown in FIG. Shown in. The measured device characteristics are a fill factor, an open circuit voltage Voc, a short circuit current Jsc, and a photoelectric conversion efficiency η. Further, FIG. 7 shows a change with time in photoelectric conversion efficiency when white light (light irradiation intensity: 100 mW / cm 2 ) was continuously irradiated under the condition of a temperature of 298 K and a humidity of 50%. Further, among the photoelectric conversion elements manufactured in Example 2, the photoelectric conversion element in which benzoquinone was added to the perovskite layer in an amount of 0.5% was simulated sunlight (AM1.5G, light) using a xenon lamp without using an ultraviolet cut filter. FIG. 8 shows the changes over time in the photoelectric conversion efficiency when continuously irradiating the irradiation intensity: 100 mW / cm 2 ), and FIG. 9 shows the changes over time in the characteristics of various elements. Further, FIG. 10 shows current density-voltage characteristics measured by applying a voltage in the forward direction and the reverse direction. The vertical axis in FIGS. 7 and 8 represents the photoelectric conversion efficiency, and the numerical value is a relative value when the initial photoelectric conversion efficiency is 1. The vertical axis in FIG. 9 represents the measured values of the short circuit current Js, the open circuit voltage Voc, the fill factor FF, and the photoelectric conversion efficiency η. In each figure, "BQ" represents benzoquinone. Further, in the change over time of the photoelectric conversion efficiency shown in FIG. 7, time T80 is shown in Table 1 until the photoelectric conversion efficiency reaches 80% of the initial value, and in the change over time of the photoelectric conversion efficiency shown in FIG. Table 2 shows the time T80 until the efficiency reaches 80% of the initial value.

Figure 0006689100
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図6から、ペロブスカイト層にベンゾキノンを添加することにより、光電変換素子の素子特性が顕著に改善されることがわかる。例えば、ベンゾキノンを0.5%添加した光電変換素子の光電変換効率ηは14.69%であり、ベンゾキノン無添加の光電変換素子(比較例2)の光電変換効率η(10.73%)に比べて大幅に向上している。図6や上記図4で見られた光電変換効率の改善効果は、ベンゾキノンの添加により、ペロブスカイト層の結晶形成速度が遅くなり、これによって形態や結晶性に優れたペロブスカイト層が形成されたことと、ヨウ化鉛メチルアンモニウムからベンゾキノンに電子が伝達されることにより電荷の再結合による損失が抑制されたことによると推測される。しかしながら、ベンゾキノンの濃度を大きくしていくと、ある濃度から素子特性が右下がりになる傾向が見られた。この結果から、ペロブスカイト層へのキノン系化合物の添加量は、ペロブスカイト型化合物に対するモル百分率で0.05〜4%であることが好ましく、0.1〜3%であることがより好ましく、0.2〜1%であることがさらに好ましいことが示された。
次に、連続光照射下での光電変換効率の経時劣化については、図7〜9および表1、2より、ペロブスカイト層にベンゾキノンを添加することで、ベンゾキノン無添加の光電変換素子に比べて、その経時劣化が効果的に抑制されることがわかる。特に、図9(紫外線カットフィルターを用いない疑似太陽光照射下での経時的変化)を見ると、ベンゾキノン(0.5%)を添加した光電変換素子において、2000時間経過後にも初期の90%の光電変換効率が維持されている。このことから、キノン系化合物は、光電変換素子の寿命を延長する添加剤として極めて有用性が高いことを確認することができた。しかし、表1に示すように、ベンゾキノンの濃度を大きくしていくと、ある濃度から素子寿命T80が短くなる傾向が見られた。この結果より、素子寿命の観点からは、キノン系化合物の添加量をペロブスカイト型化合物に対するモル百分率で0.05〜0.8mol%とすることが好ましく、0.1〜0.7mol%とすることがより好ましく、0.1〜0.5mol%とすることがさらに好ましいことが示された。
図10は、ペロブスカイト層にベンゾキノンを0.5%添加した光電変換素子について、ヒステリシス特性を検討したものである。図10から、この光電変換素子は、順方向スキャンと逆方向スキャンとで、ほとんど同じ電流密度−電圧曲線が得られており、ヒステリシスが極めて小さいことがわかった。
図11は、ベンゾキノン、ハイドロキノンまたはテトラシアノキノジメタンをモル百分率で0.5%添加したヨウ化鉛メチルアンモニウムのフィルム、添加剤を含まないヨウ化鉛メチルアンモニウムのフィルム、および、添加剤を含まないヨウ化鉛メチルアンモニウムのフィルムにC60層を積層した積層体の発光スペクトルを示し、図12は、実施例2で作製した光電変換素子のうち、ペロブスカイト層にベンゾキノンを0.5%添加した光電変換素子と、比較例2〜4で作製した光電変換素子の電流密度−電圧特性を示す。図11、12および下記表3において、「BQ」はベンゾキノンを添加したフィルムまたは光電変換素子(実施例2)を表し、「添加剤なし」は添加剤を添加していないフィルムまたは光電変換素子(比較例2)を表し、「HQ」はハイドロキノンを添加したフィルムまたは光電変換素子(比較例3)を表し、「TCNQ」はテトラシアノキノジメタンを添加したフィルムまたは光電変換素子(比較例4)を表し、C60は添加剤を添加していないフィルムにC60層を積層した積層体を表す。また、表3に、ペロブスカイト層にベンゾキノンを0.5mol%添加した光電変換素子(実施例2)と、比較例2〜4で作製した光電変換素子の素子特性を示す。なお、以下の説明では、ベンゾキノン、ハイドロキノン、テトラシアノキノジメタンを総称して「添加剤」ともいう。
It can be seen from FIG. 6 that the device characteristics of the photoelectric conversion device are remarkably improved by adding benzoquinone to the perovskite layer. For example, the photoelectric conversion efficiency η of the photoelectric conversion element added with 0.5% of benzoquinone is 14.69%, which is equal to the photoelectric conversion efficiency η (10.73%) of the photoelectric conversion element without benzoquinone (Comparative Example 2). It is significantly improved. The effect of improving the photoelectric conversion efficiency seen in FIG. 6 and FIG. 4 is that the crystal formation rate of the perovskite layer was slowed by the addition of benzoquinone, and thus the perovskite layer excellent in morphology and crystallinity was formed. It is speculated that this is because the transfer of electrons from lead methylammonium iodide to benzoquinone suppressed the loss due to recombination of charges. However, when the concentration of benzoquinone was increased, the device characteristics tended to decrease to a right from a certain concentration. From this result, the addition amount of the quinone-based compound to the perovskite layer is preferably 0.05 to 4%, more preferably 0.1 to 3%, and more preferably 0.1 to 3% in terms of molar percentage with respect to the perovskite type compound. It was shown that it is more preferable that it is 2 to 1%.
Next, regarding deterioration with time of the photoelectric conversion efficiency under continuous light irradiation, from FIGS. 7 to 9 and Tables 1 and 2, by adding benzoquinone to the perovskite layer, as compared with the photoelectric conversion element without benzoquinone addition, It can be seen that the deterioration with time is effectively suppressed. In particular, looking at FIG. 9 (change with time under irradiation of pseudo sunlight without using an ultraviolet cut filter), in the photoelectric conversion element to which benzoquinone (0.5%) was added, the initial 90% was observed even after 2000 hours had elapsed. The photoelectric conversion efficiency of is maintained. From this, it could be confirmed that the quinone-based compound is extremely useful as an additive that extends the life of the photoelectric conversion element. However, as shown in Table 1, when the benzoquinone concentration was increased, the element life T80 tended to be shortened from a certain concentration. From this result, from the viewpoint of device life, the addition amount of the quinone-based compound is preferably 0.05 to 0.8 mol% and more preferably 0.1 to 0.7 mol% in terms of mol percentage with respect to the perovskite type compound. Was more preferable, and 0.1 to 0.5 mol% was more preferable.
FIG. 10 is an examination of the hysteresis characteristics of a photoelectric conversion element in which 0.5% of benzoquinone is added to the perovskite layer. From FIG. 10, it was found that in this photoelectric conversion element, almost the same current density-voltage curve was obtained in the forward scan and the reverse scan, and the hysteresis was extremely small.
FIG. 11 shows a lead methylammonium iodide film containing 0.5% by mole of benzoquinone, hydroquinone or tetracyanoquinodimethane, a lead methylammonium iodide film containing no additive, and an additive. FIG. 12 shows an emission spectrum of a laminate obtained by laminating a C 60 layer on a film of lead methylammonium iodide which is not present. FIG. 12 shows that, in the photoelectric conversion element prepared in Example 2, 0.5% of benzoquinone was added to the perovskite layer. The current density-voltage characteristics of the photoelectric conversion element and the photoelectric conversion elements produced in Comparative Examples 2 to 4 are shown. In FIGS. 11 and 12 and Table 3 below, “BQ” represents a film or photoelectric conversion element (Example 2) to which benzoquinone was added, and “no additive” was a film or photoelectric conversion element (to which no additive was added). Comparative Example 2), "HQ" represents a film or photoelectric conversion element added with hydroquinone (Comparative Example 3), and "TCNQ" represents a film or photoelectric conversion element added with tetracyanoquinodimethane (Comparative Example 4). And C 60 represents a laminate in which a C 60 layer is laminated on a film containing no additive. In addition, Table 3 shows the device characteristics of the photoelectric conversion device in which 0.5 mol% of benzoquinone was added to the perovskite layer (Example 2) and the photoelectric conversion devices produced in Comparative Examples 2 to 4. In the following description, benzoquinone, hydroquinone, and tetracyanoquinodimethane are also collectively referred to as “additives”.

Figure 0006689100
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図11を見ると、添加剤を添加していないフィルムでは発光ピークが観測されるものの、ベンゾキノン、ハイドロキノンまたはテトラシアノキノジメタンを添加したフィルムでは、こうした発光ピークが消失していることがわかる。このピークの消失は、光照射によりヨウ化鉛メチルアンモニウムに生じた正孔または電子が、添加剤に移動したことを示唆するものである。このことから、ベンゾキノン、ハイドロキノンまたはテトラシアノキノジメタンは、ヨウ化鉛メチルアンモニウムで生じた電荷を受け取りうる点で共通する機能を有することが確認された。
次に、図12および表3を見ると、ベンゾキノンを添加した実施例2の光電変換素子は、添加剤を添加していない比較例2の光電変換素子に比べて素子特性が顕著に改善していることがわかる。これに対して、テトラシアノキノジメタンを添加した比較例4の光電変換素子は、添加剤を添加していない比較例2の光電変換素子よりも光電変換効率ηが低い値になっている。これはテトラシアノキノジメタンがC60層よりも深いLUMOを有することにより、電子をトラップして電荷の再結合中心として機能し、陰極での電子の取り出し効率が低下したからと考えられる。一方、ハイドロキノンを添加した比較例3の光電変換素子の素子特性は、添加剤を添加していない比較例2の光電変換素子の素子特性と同等であり、ハイドロキノンは、素子特性に影響を与えないことが示唆された。以上のことから、これらの添加剤の中で、ペロブスカイト層に添加する添加剤としては、ベンゾキノンが好適であることがわかった。
It can be seen from FIG. 11 that the emission peak is observed in the film to which the additive is not added, but such emission peak disappears in the film to which benzoquinone, hydroquinone or tetracyanoquinodimethane is added. The disappearance of this peak suggests that holes or electrons generated in lead methylammonium iodide upon irradiation with light were transferred to the additive. From this, it was confirmed that benzoquinone, hydroquinone, or tetracyanoquinodimethane has a common function in that it can receive the charge generated by lead methylammonium iodide.
Next, referring to FIG. 12 and Table 3, the device characteristics of the photoelectric conversion device of Example 2 to which benzoquinone was added were remarkably improved as compared with the photoelectric conversion device of Comparative Example 2 to which no additive was added. You can see that On the other hand, the photoelectric conversion element of Comparative Example 4 to which tetracyanoquinodimethane was added had a lower photoelectric conversion efficiency η than the photoelectric conversion element of Comparative Example 2 to which the additive was not added. It is considered that this is because tetracyanoquinodimethane has a LUMO deeper than that of the C 60 layer, thereby trapping electrons and functioning as a recombination center of charges, and the electron extraction efficiency at the cathode is lowered. On the other hand, the device characteristics of the photoelectric conversion device of Comparative Example 3 containing hydroquinone are equivalent to the device properties of the photoelectric conversion device of Comparative Example 2 containing no additive, and hydroquinone does not affect the device characteristics. It has been suggested. From the above, it was found that among these additives, benzoquinone is suitable as the additive to be added to the perovskite layer.

Figure 0006689100
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本発明の光電変換素子は、太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換素子(太陽電池)として用いることができ、寿命が長く、高湿度環境下においても安定駆動が可能である。また、この光電変換装置は溶液塗布法を用いて製造することができ、製造コストが低く抑えられる。このため、本発明によれば、太陽電池の普及に大いに貢献することができ、産業上の利用可能性が極めて高い。   The photoelectric conversion element of the present invention can be used as a photoelectric conversion element (solar cell) that converts sunlight into electric energy, has a long life, and can be stably driven even in a high humidity environment. Further, this photoelectric conversion device can be manufactured by using the solution coating method, and the manufacturing cost can be kept low. Therefore, according to the present invention, it is possible to greatly contribute to the spread of solar cells, and the industrial applicability is extremely high.

1 基板
2 正極
3 正孔輸送層
4 光電変換層
5 電子輸送層
6 負極
1 Substrate 2 Positive Electrode 3 Hole Transport Layer 4 Photoelectric Conversion Layer 5 Electron Transport Layer 6 Negative Electrode

Claims (17)

下記一般式(1−1)または下記一般式(1−3)で表される化合物有機無機ペロブスカイト型化合物を含有する混合物であって、
前記一般式(1−1)または前記一般式(1−3)で表される化合物の含有量が、前記有機無機ペロブスカイト型化合物とのモル比([一般式(1−1)または一般式(1−3)で表される化合物]/[有機無機ペロブスカイト型化合物])で1/200〜1/20である、混合物。
Figure 0006689100
(一般式(1−1)および一般式(1−3)において、R 1 〜R 4 は各々独立に水素原子、シアノ基、ニトロ基またはハロゲン原子を表す。R 1 とR 2 、R 3 とR 4 はそれぞれ互いに結合して芳香族炭化水素環を形成していてもよい。)
A mixture containing a compound represented by the following general formula (1-1) or the following general formula (1-3) and an organic-inorganic perovskite type compound ,
The content of the compound represented by the general formula (1-1) or the general formula (1-3) is a molar ratio ([general formula (1-1) or general formula (1-1) The compound represented by 1-3)] / [organic / inorganic perovskite type compound]) is 1/200 to 1/20 .
Figure 0006689100
(In the general formulas (1-1) and (1-3), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a cyano group, a nitro group or a halogen atom. R 1 and R 2 , R 3 and R 4 s may be bonded to each other to form an aromatic hydrocarbon ring.)
前記一般式(1−1)または前記一般式(1−3)のR1〜R4が水素原子である請求項に記載の混合物。 The mixture according to claim 1 , wherein R 1 to R 4 in the general formula (1-1) or the general formula (1-3) are hydrogen atoms. 前記有機無機ペロブスカイト型化合物は、ヨウ化鉛系ペロブスカイト型化合物である請求項1または2に記載の混合物。 The organic-inorganic perovskite compound mixture according to claim 1 or 2 is a lead iodide based perovskite. 前記有機無機ペロブスカイト型化合物は、下記一般式(2)または下記一般式(3)で表される化合物である請求項1または2に記載の混合物。
一般式(2)
ABX3
[一般式(2)において、Aは有機カチオンを表し、Bは2価の金属イオンを表し、Xは
ハロゲンイオンを表す。3つのXは互いに同じであっても異なっていてもよい]
一般式(3)
2 21 n-1n3n+1
[一般式(3)において、A1は有機カチオンを表し、A2は、A1が表す有機カチオンよりも炭素数が大きい有機カチオンを表す。Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。nは1〜10の整数である。2つのA2同士および複数のX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。A1およびBがそれぞれ複数存在するとき、A1同士およびX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。]
The mixture according to claim 1 or 2 , wherein the organic-inorganic perovskite type compound is a compound represented by the following general formula (2) or the following general formula (3).
General formula (2)
ABX 3
[In the general formula (2), A represents an organic cation, B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. The three Xs may be the same or different from each other]
General formula (3)
A 2 2 A 1 n-1 B n X 3n + 1
[In the general formula (3), A 1 represents an organic cation, and A 2 represents an organic cation having a carbon number larger than that of the organic cation represented by A 1 . B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. n is an integer of 1-10. The two A 2 s and the plurality of X s may be the same or different from each other. When a plurality of A 1 and B are present, A 1's and X's may be the same or different from each other. ]
前記一般式(2)のAおよび前記一般式(3)のA1は、下記一般式(4)で表されるアンモニウムである請求項に記載の混合物。
一般式(4)
(R10 4N)+
[一般式(4)において、R10は水素原子または置換もしくは無置換のアルキル基を表し、4つのR10の少なくとも1つは置換もしくは無置換のアルキル基である。]
The mixture according to claim 4 , wherein A in the general formula (2) and A 1 in the general formula (3) are ammonium represented by the following general formula (4).
General formula (4)
(R 10 4 N) +
[In the general formula (4), R 10 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group, and at least one of the four R 10 is a substituted or unsubstituted alkyl group. ]
前記一般式(4)のR10はメチル基である請求項に記載の混合物。 The mixture according to claim 5 , wherein R 10 in the general formula (4) is a methyl group. 前記一般式(3)のA2は、下記一般式(5)で表されるアンモニウムである請求項4〜6のいずれか1項に記載の混合物。
一般式(5)
(R11 4N)+
[一般式(5)において、R11は水素原子または置換基を表し、4つのR11の少なくとも1つは、炭素数が2以上の置換基である。]
The mixture according to any one of claims 4 to 6 , wherein A 2 in the general formula (3) is ammonium represented by the following general formula (5).
General formula (5)
(R 11 4 N) +
[In General Formula (5), R 11 represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of the four R 11 is a substituent having 2 or more carbon atoms. ]
前記一般式(2)および前記一般式(3)のBはPb2+である請求項4〜7のいずれか1項に記載の混合物。 The mixture according to any one of claims 4 to 7 , wherein B in the general formula (2) and the general formula (3) is Pb 2+ . 前記一般式(2)または前記一般式(3)のXはI-である請求項4〜8のいずれか1項に記載の混合物。 The mixture according to claim 4 , wherein X in the general formula (2) or the general formula (3) is I . 前記有機無機ペロブスカイト型化合物は、前記一般式(2)で表される化合物である請求項4〜9のいずれか1項に記載の混合物 The mixture according to any one of claims 4 to 9 , wherein the organic-inorganic perovskite type compound is a compound represented by the general formula (2). 請求項1〜10のいずれか1項に記載の混合物からなる機能層。 Functional layer comprising a mixture according to any one of claims 1 to 10. 光電変換層である請求項11に記載の機能層。 The functional layer according to claim 11 , which is a photoelectric conversion layer. 透明電極および対向電極と、下記一般式(1−1)または下記一般式(1−3)で表される化合物有機無機ペロブスカイト型化合物を含む層とを有する光電変換素子であって、
前記対向電極が金属、合金、炭素材料またはこれらの混合物からなる、光電変換素子。
Figure 0006689100
(一般式(1−1)および一般式(1−3)において、R 1 〜R 4 は各々独立に水素原子、シアノ基、ニトロ基またはハロゲン原子を表す。R 1 とR 2 、R 3 とR 4 はそれぞれ互いに結合して芳香族炭化水素環を形成していてもよい。)
A photoelectric conversion element comprising a transparent electrode and a counter electrode, and a layer containing a compound represented by the following general formula (1-1) or the following general formula (1-3) and an organic-inorganic perovskite type compound ,
A photoelectric conversion element , wherein the counter electrode is made of a metal, an alloy, a carbon material or a mixture thereof .
Figure 0006689100
(In the general formulas (1-1) and (1-3), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a cyano group, a nitro group or a halogen atom. R 1 and R 2 , R 3 and R 4 s may be bonded to each other to form an aromatic hydrocarbon ring.)
前記一般式(1−1)または前記一般式(1−3)で表される化合物有機無機ペロブスカイト型化合物を含む層が、請求項1〜10のいずれか1項に記載の混合物からなる請求項13に記載の光電変換素子。 A layer comprising a compound represented by the general formula (1-1) or the general formula (1-3) and an organic-inorganic perovskite type compound, comprising the mixture according to any one of claims 1 to 10. Item 13. The photoelectric conversion element according to item 13 . 前記一般式(1−1)または前記一般式(1−3)で表される化合物有機無機ペロブスカイト型化合物を含む層が光電変換層である請求項13または14に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 13 or 14 , wherein the layer containing the compound represented by the general formula (1-1) or the general formula (1-3) and the organic-inorganic perovskite compound is a photoelectric conversion layer. 前記有機無機ペロブスカイト型化合物がPb2+を含有するものであり、温度298K相対湿度50%の条件で100mW/cm2の白色光を1000時間照射した後の、前記一般式(1−1)または前記一般式(1−3)で表される化合物有機無機ペロブスカイト型化合物を含む層における金属鉛の含有量が10%以下である請求項13〜15のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The organic-inorganic perovskite type compound contains Pb 2+, and the compound represented by the general formula (1-1) or the general formula (1-1) after being irradiated with white light of 100 mW / cm 2 for 1000 hours under a condition of a temperature of 298K and a relative humidity of 50%. The photoelectric conversion element according to any one of claims 13 to 15 , wherein the content of the metallic lead in the layer containing the compound represented by the general formula (1-3) and the organic-inorganic perovskite type compound is 10% or less. 下記一般式(1−1)または下記一般式(1−3)で表される化合物を含む有機無機ペロブスカイト安定化剤。
Figure 0006689100
(一般式(1−1)および一般式(1−3)において、R 1 〜R 4 は各々独立に水素原子、シアノ基、ニトロ基またはハロゲン原子を表す。R 1 とR 2 、R 3 とR 4 はそれぞれ互いに結合して芳香族炭化水素環を形成していてもよい。)
An organic-inorganic perovskite stabilizer containing a compound represented by the following general formula (1-1) or the following general formula (1-3) .
Figure 0006689100
(In the general formulas (1-1) and (1-3), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a cyano group, a nitro group or a halogen atom. R 1 and R 2 , R 3 and R 4 s may be bonded to each other to form an aromatic hydrocarbon ring.)
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